“光電效應(yīng)光子”教學(xué)設(shè)計

設(shè)問　1.用光的電磁波理論如何解釋光電效應(yīng)的發(fā)生？

2.波動理論可以解釋光電效應(yīng)發(fā)生時的規(guī)律嗎？

討論與總結(jié)　請全班同學(xué)議論，由學(xué)生嘗試定性解釋光電效應(yīng)后，教師概括輔以如圖6所示動畫顯示：光到達金屬表面時，連續(xù)的電磁波能量分布在其表面，振動的電磁場不斷地“搖晃”金屬表面的電子，一些結(jié)合最松散的電子被搖下來。

由學(xué)生提出現(xiàn)有理論與觀察事實的矛盾后，教師整理為兩大困難，并以文字顯示。

矛盾

波動理論解釋

實驗事實

之一

之二

到達金屬表面的光能量連續(xù)地分布，對某個電子只能吸收其中很少一部分，應(yīng)有一段時間積累到足夠的能量方能從金屬表面掙脫。

光波的振幅表征光能量大小，強光對金屬作用足夠長時間，有足夠能量應(yīng)該可以使電子從金屬表面掙脫。

光電效應(yīng)是否產(chǎn)生存在極限頻率（波長）而與光強無關(guān)，光電子最大初動能也只與入射光頻率成正相關(guān)。

若能發(fā)生光電效應(yīng)，即使光很弱，也是瞬間發(fā)生的

三、愛因斯坦提出光子論圓滿解釋

引入　觀察與理論的互動就是科學(xué)，觀察是科學(xué)進程的開端，觀察激發(fā)思考導(dǎo)致理論以解釋觀察結(jié)果，而理論又在新的觀察中受到檢驗、引發(fā)新的理論，對觀察結(jié)果進行解釋或統(tǒng)一。

原來的電磁波理論與光電效應(yīng)的實驗事實不相符合，促使人們改變認識，構(gòu)建新的思想框架來解釋觀察結(jié)果。19xx年，愛因斯坦用突破性的量子化思想對光電效應(yīng)做出了現(xiàn)在為科學(xué)界普遍接受的解釋。

介紹愛因斯坦光量子假說教師介紹普朗克對電磁波輻射所作的量子化假設(shè)：振動物體的能量只能取特定的一組允許值。這種思想在當時并沒有引起人們多少注意，但愛因斯坦敏銳地捕捉了這一思想閃光，并徹底貫穿到光的輻射與吸收問題中。

教師介紹光子說，并顯示文字內(nèi)容：

在空間傳播的光（的能量）不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光量子，簡稱光子，一份光子的能量e＝hv。

用光子說對光電效應(yīng)規(guī)律作解釋　用如圖7所示動畫輔助描述光子說下的光電效應(yīng)：光子像下雨一樣落在金屬表面上，打出電子，就像機槍子彈從混凝土墻上打下混凝土塊一樣。

解釋極限頻率的存在；

解釋光電效應(yīng)的瞬時性；

給出逸出功概念，用光電效應(yīng)方程（屏幕展示）解釋光電子最大初動能只與入射光頻率正相關(guān)；

解釋光電流的強度與入射光的強度成正比。

小結(jié)　在愛因斯坦提出光子模型后，用來解釋光電效應(yīng)變得出奇地簡單明了，今天，我們中學(xué)生運用光電方程計算光電效應(yīng)已不是什么難題，但在上個世紀初，科學(xué)家對量子化的物理卻極不適應(yīng)，愛因斯坦的獨創(chuàng)性、物理洞察力和對簡潔解釋的追求使他在忙碌的19xx年發(fā)表了相對論，成功解釋了光電效應(yīng)，建樹起近代物理學(xué)研究的兩座豐碑。

四、密立根精確實驗證實光電效應(yīng)方程

引入　至此，研究光電效應(yīng)的科學(xué)活動并未完成，愛因斯坦的光子假設(shè)與光電方程作為假說──一種有根據(jù)的猜測，一種嘗試性的未經(jīng)確認的看法，要上升為理論，要為人們認同──當時對這一假說的懷疑超過了狹義相對論，甚至包括普朗克本人也持反對態(tài)度，還必須經(jīng)受實驗的檢驗。許多物理學(xué)家都想方設(shè)法用實驗測量普朗克恒量h，驗證光電效應(yīng)方程。