第5章第1节光电效应第2节康普顿效应教师用书。
俗话说，居安思危，思则有备，有备无患。准备好一份优秀的教案往往是必不可少的。教案可以让学生更好的消化课堂内容，帮助教师能够井然有序的进行教学。所以你在写教案时要注意些什么呢？以下是小编为大家精心整理的“第5章第1节光电效应第2节康普顿效应教师用书”，希望能对您有所帮助，请收藏。
第1节光电效应
第2节康普顿效应
学习目标知识脉络
1.知道什么是光电效应及其实验现象．(重点)
2.知道光子说和爱因斯坦光电效应方程，能够利用它解释光电效应实验现象．(重点)
3.知道什么是康普顿效应及X射线实验原理．(重点)
4.了解光的波粒二象性，了解光是一种概率波．(难点)
光电效应
[先填空]
1．光电效应现象：在物理学中，在光的照射下电子从物体表面逸出的现象．
2．光电效应的实验规律
(1)发生的条件：每一种金属对应一种光的最小频率，又称极限频率．只有当光的频率大于或等于这个最小频率时，才会产生光电效应．当光的频率小于这个最小频率时，即使增加光的强度或照射时间，也不能产生光电效应．
(2)与光的强度的关系：产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的电子数越多．
(3)发生光电效应所需的时间：从光照射到金属表面至产生光电效应的时间间隔很短，通常可在10－9s内发生光电效应．
3．光子说：看似连续的光实际上是由个数有限、分立于空间各点的光子组成的，每一个光子的能量为hν.光在发射和吸收时能量是一份一份的．
4．光电效应方程
(1)表达式：hν＝W＋12mv2.
(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量一部分用于从金属表面逸出时做功，剩下的表现为电子逸出后的最大初动能．
5．光电效应的应用
(1)光电开关．
(2)光电成像．
(3)光电池．
[再判断]
1．光电效应实验中光照时间越长光电流越大．(×)
2．光电效应实验中入射光足够强就可以有光电流．(×)
3．光电子的最大初动能与入射光的强度无关．(√)
[后思考]
你对光电效应中的“光”是怎样认识的？
【提示】这里的光，可以是可见光，也可以是紫外线、X光等．
[核心点击]
1．爱因斯坦光子理论对光电效应的解释
(1)解释极限频率的存在：光照射到金属板时，光子将能量传递给电子，每个光子的能量为hν，所以一个光子传递给一个电子的能量为hν，电子要脱离原子核的引力，有一个最小能量，最小能量对应发生光电效应时入射光的最小频率，即极限频率．如果小于这一频率，即使增大光强，也不会使电子逸出．这是因为增大光强，只是增加了吸收光子能量的电子数，单个电子吸收的光子能量仍为hν，电子仍不能逸出．
(2)解释光电效应的瞬时性：电子吸收光子的能量时间很短，几乎是瞬时的．如果入射光频率低于极限频率，即使增加照射时间，也不能使电子逸出．因为一个电子吸收一个光子后，在极短的时间内就可以把能量传递给其他粒子，所以电子不可能通过能量积累逸出金属表面．
(3)解释最大初动能与频率的关系：由爱因斯坦光电效应方程hν＝W＋12mv2可知，电子从金属中逸出所需克服束缚而消耗的能量的最小值为逸出功，从金属表面逸出的电子消耗的能量最少，逸出时的动能值最大，称为最大初动能．就其他逸出的电子而言，离开金属时的动能小于最大初动能．最大初动能的大小与光的强度无关，与光的频率有关．
2．光电效应规律中的两个关系
(1)由hν＝W＋12mv2得12mv2＝hν－W，逸出电子的最大初动能Ekm(即12mv2)与入射光的频率成一次函数关系．
(2)产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的电子数越多．即如果形成光电流，光电流的强度与入射光的强度成正比．
1．(多选)光电效应实验的装置如图511所示，用弧光灯照射锌板，验电器指针张开一个角度，则下面说法中正确的是()
图511
A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转
B.用绿色光照射锌板，验电器指针会发生偏转
C．锌板带的是负电荷
D．使验电器指针发生偏转的是正电荷
【解析】弧光灯发出的紫外线可使锌板发生光电效应，锌板带正电，验电器小球带正电，验电器指针也带正电，使其指针发生偏转，故A、D正确，C错误；绿光的频率小于锌板的极限频率，所以用绿光照射锌板，验电器指针不会发生偏转，B错误．
【答案】AD
2．在光电效应实验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()【导学号：64772062】
A．增大入射光的强度，光电流增大
B．减小入射光的强度，光电效应现象消失
C．改用频率小于ν的光照射，不能发生光电效应
D．改用频率为2ν的光照射，光电子的最大初动能变为原来的2倍
【解析】增大入射光的强度，单位时间内照射到单位面积上的光子数增加，光电流增大，A项正确．减小入射光的强度，只是光电流减小，光电效应现象是否消失与光的频率有关，而与光的强度无关，B项错误．改用频率小于ν的光照射，但只要光的频率大于极限频率ν0仍然可以发生光电效应，C项错误．由爱因斯坦光电效应方程hν－W逸＝12mv2得：光频率ν增大，而W逸不变，故光电子的最大初动能变大，但ν与12mv2不成正比，故D错误．
【答案】A
3．(多选)如图512所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能Ek与入射光频率ν的关系图象，由图象可知()
图512
A．该金属的逸出功等于E
B．该金属的逸出功等于hν0
C．入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为E
D．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E
【解析】题中图象反映了光电子的最大初动能Ek与入射光频率ν的关系，根据爱因斯坦光电效应方程Ek＝hν－W0，知当入射光的频率恰为该金属的截止频率
ν0时，光电子的最大初动能Ek＝0，此时有hν0＝W0，即该金属的逸出功等于hν0，选项B正确；根据图线的物理意义，有W0＝E，故选项A正确，选项C、D错误．
【答案】AB
1极限频率为ν0的光照射金属对应逸出电子的最大初动能为零，逸出功W＝hν0.
2某种金属的逸出功是一定值，随入射光频率的增大，光电子的最大初动能增大，但光电子的最大初动能与入射光的频率不成正比.
康普顿效应及光的波粒二象性
[先填空]
1．光的散射：光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向发生改变的现象．
蔚蓝的天空、殷红的晚霞是大气层对阳光散射形成的，夜晚探照灯或激光的光柱，是空气中微粒对光散射形成的．
2．康普顿效应
在光的散射现象中，部分散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关．这种现象称为康普顿效应．
3．康普顿的理论
当光子与电子相互作用时，既遵守能量守恒定律，又遵守动量守恒定律．在碰撞中光子将能量hν的一部分传递给了电子，光子能量减少，波长变长．
4．康普顿效应的意义
康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量，深入揭示了光的粒子性的一面，为光子说提供了又一例证．
5．光电效应与康普顿效应
发生光电效应或康普顿效应取决于入射光的波长．当波长较短的X射线或γ射线入射时，产生康普顿效应；当波长较长的可见光或紫外光入射时，主要产生光电效应．
6．光的波粒二象性
(1)光的本性：光子既有粒子的特征，又有波的特征，即光具有波粒二象性．
(2)光是一种电磁波．
(3)当光的波长较长时，光在传播过程中波动性明显；当光的波长较短时，光子与粒子相互作用时，粒子性明显．
[再判断]
1．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也具有动量．(√)
2．康普顿效应进一步说明光具有粒子性．(√)
3．光的波动性和粒子性是统一的，光具有波粒二象性．(√)
[后思考]
太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；白天的天空各处都是亮的；宇航员在太空中，尽管太阳光线耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的，为什么？
【提示】地球上存在着大气，太阳光经大气中的微粒散射后传向各个方向；而在太空的真空环境下，光不再散射，只向前传播．
[核心点击]
1．对康普顿效应的理解
(1)实验现象
X射线管发出波长为λ0的X射线，通过小孔投射到散射物石墨上．X射线在石墨上被散射，部分散射光的波长变长，波长改变的多少与散射角有关．
(2)康普顿效应与经典物理理论的矛盾
按照经典物理理论，入射光引起物质内部带电粒子的受迫振动，振动着的带电粒子从入射光吸收能量，并向四周辐射，这就是散射光．散射光的频率应该等于粒子受迫振动的频率(即入射光的频率)．因此散射光的波长与入射光的波长应该相同，不应该出现波长变长的散射光．另外，经典物理理论无法解释波长改变与散射角的关系．
(3)光子说对康普顿效应的解释
假定X射线光子与电子发生弹性碰撞．
①光子和电子相碰撞时，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长．
②因为碰撞中交换的能量与碰撞的角度有关，所以波长的改变与散射角有关．
2．对光的波粒二象性的理解
(1)光的粒子性的含义
粒子的含义是“不连续”、“一份一份”的，光的粒子即光子，不同于宏观概念的粒子，但也具有动量和能量．
①当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质．
②少量或个别光子易显示出光的粒子性．
③频率高，波长短的光，粒子性特征显著．
(2)光的波动性的含义
光的波动性是光子本身的一种属性，它不同于宏观的波，它是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性(概率)大小可用波动规律描述．
①足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质．
②频率低，波长长的光，波动性特征显著．
(3)光的波粒二象性
①光的粒子性并不否定光的波动性，光既具有波动性，又具有粒子性，波动性、粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同．
②只有从波粒二象性的角度，才能统一说明光的各种行为．
4．康普顿散射的主要特征是()【导学号：64772114】
A．散射光的波长与入射光的波长全然不同
B．散射光的波长有些与入射光的相同，但有些变短了，散射角的大小与散射波长无关
C．散射光的波长有些与入射光的相同，但也有变长的，也有变短的
D．散射光的波长有些与入射光的相同，有些散射光的波长比入射光的波长长些，且散射光波长的改变量与散射角的大小有关
【解析】光子和电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长．散射角不同，能量减少情况不同，散射光的波长也有所不同，也有一部分光子与原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变，故只有D正确．
【答案】D
5．(多选)对光的认识，下列说法正确的是()
A．个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性
B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的
C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了
D．光的波粒二象性应理解为：在某些场合下光的波动性表现明显，在某些场合下光的粒子性表现明显
【解析】光是一种概率波，少量光子的行为易显示出粒子性，而大量光子的行为往往显示出波动性，A选项正确；光的波动性不是由光子之间的相互作用引起的，而是光的一种属性，这已被弱光照射双缝后在胶片上的感光实验所证实，B选项正确；粒子性和波动性是光同时具备的两种属性，C选项错误，D选项正确．
【答案】ABD
6．康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量．如图513给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后光子可能沿________方向运动，并且波长________(选填“不变”“变短”或“变长”).【导学号：64772063】
图513
【解析】因光子与电子在碰撞过程中动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前动量的方向一致，可见碰后光子运动的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由ε＝hν知，频率变小，再根据c＝λν知，波长变长．
【答案】1变长
对光的波粒二象性的两点提醒
1．光的干涉和衍射及偏振说明光具有波动性，而光电效应和康普顿效应是光具有粒子性的例证．
2．波动性和粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同．当光与其他物质发生作用时，表现出粒子的性质；少量或个别光子易显示出光的粒子性；频率高波长短的光，粒子性显著．大量光子在传播时表现为波动性；频率低波长长的光，波动性显著．
学业分层测评(十四)
(建议用时：45分钟)
学业达标]
1．入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么()
A．从光照到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增大
B．逸出的光电子的最大初动能将减小
C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少
D．有可能不发生光电效应
【解析】光电效应几乎是瞬时发生的，与入射光强度无关，A不对．由于已经发生光电效应，说明入射光的频率大于该金属的极限频率，当频率保持不变时，一定能发生光电效应，D错．入射光的强度减弱，说明单位时间内入射到金属表面的光子数减少，所以单位时间内从金属表面逸出的光电子数目也将减少，C选项正确．逸出的光电子的最大初动能与入射光频率有关，与入射光强度无关，B错．
【答案】C
2．白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果．美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖．假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比()【导学号：64772115】
A．频率变大B．速度变小
C．光子能量变大D．波长变长
【解析】光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒和能量守恒，自由电子碰撞前静止，碰撞后动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，由λ＝hp，E＝hν，可知光子频率变小，波长变长，故D正确，A、C错误．由于光子速度是不变的，故B错误．
【答案】D
3．(多选)用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图514(a)、(b)、(c)所示的图像，则下列说法正确的是()
图514
A．图像(a)表明光具有粒子性
B．图像(c)表明光具有波动性
C．实验表明光是一种概率波
D．实验表明光是一种电磁波
【解析】用很弱的光做双缝干涉实验得到的图片上的一个一个无分布规律的光点，体现了光的粒子性，故A正确；经过较长时间曝光的图片(c)，出现了明暗相间的条纹，波动性较为明显，本实验表明光是一种概率波，但不能表明光是一种电磁波，故B、C均正确，D错误．
【答案】ABC
4．(多选)产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能Ek，下列说法正确的是()
A．对于同种金属，Ek与照射光的强度无关
B．对于同种金属，Ek与照射光的波长成反比
C．对于同种金属，Ek与照射光的频率成线性关系
D．对于不同种金属，若照射光频率不变，Ek与金属的逸出功成线性关系
【解析】Ek＝hν－W＝hcλ－W，同种金属逸出功相同，最大初动能与照射光强度无关，与照射光的波长有关但不是反比例函数关系，最大初动能与入射光的频率成线性关系，不同种金属，保持入射光频率不变，最大初动能Ek与逸出功成线性关系．
【答案】ACD
5．(多选)对于光的波粒二象性的理解正确的是()
A．大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性
B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子
C．高频光是粒子，低频光是波
D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著
【解析】光具有波粒二象性，大量光子显示波动性、个别光子显示出粒子性，光传播时显示波动性，与物质相互作用时显示粒子性，频率高显示粒子性，频率低显示波动性，而不是粒子和波转换．故B、C错误，A、D正确．
【答案】AD
6．(多选)实验得到金属钙的光电子的最大初动能Ekm与入射光频率ν的关系如图515所示．下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功，参照下表可以确定的是()
【导学号：64772064】
图515
金属钨钙钠
截止频率ν0/1014Hz10.957.735.53
逸出功W/eV4.543.202.29
A.如用金属钨做实验得到的Ekmν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大
B．如用金属钠做实验得到的Ekmν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大
C．如用金属钠做实验得到的Ekmν图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为(0，－Ek2)，则Ek2Ek1
D．如用金属钨做实验，当入射光的频率νν1时，不可能有光电子逸出
【解析】由光电效应方程Ekm＝hν－W可知Ekmν图线是直线，且斜率相同，A、B错误；由表中列出的截止频率和逸出功数据可知，C正确，当入射光的频率小于金属钨的截止频率时，不发生光电效应，不可能有光电子逸出，D正确．
【答案】CD
7．太阳能光电直接转换的基本原理是利用光电效应，将太阳辐射直接转换成电能．如图516所示是测定光电流的电路简图，光电管加正向电压．
图516
(1)在图上标出电源和电流表的正、负极；
(2)入射光应照射在________极上；
(3)若电流表读数是10μA，则每秒钟从光电管阴极发射出的光电子至少________个．
【解析】由题图可以看出，光电管的B极为阴极，所以光应照射在B极上，要形成光电流，应加正向电压，即电源左边是正极，右边是负极，电流表是上正下负，Q＝It＝10×10－6×1C＝10－5C，而n＝Qe，所以含有6.25×1013个光电子．
【答案】(1)电源左边是正极，右边是负极，电流表是上正下负
(2)B(3)6.25×1013
8．紫光在真空中的波长为4.5×10－7m，问：
(1)紫光光子的能量是多少？
(2)用它照射极限频率为ν0＝4.62×1014Hz的金属钾时能否产生光电效应？
(3)若能产生，则光电子的最大初动能为多少？(h＝6.63×10－34Js)
【解析】(1)紫光光子的能量
E＝hν＝hcλ＝4.42×10－19J.
(2)紫光频率
ν＝cλ＝6.67×1014Hz，
因为νν0，所以能产生光电效应．
(3)光电子的最大初动能为
Ekm＝hν－W＝h(ν－ν0)
＝1.36×10－19J.
【答案】(1)4.42×10－19J(2)能(3)1.36×10－19J
能力提升]
9．(多选)下列说法中正确的是()【导学号：64772116】
A．光的波粒二象性学说是牛顿的微粒说加惠更斯的波动说组成的
B．光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说
C．光子说并没有否定光的电磁说，在光子能量E＝hν中，频率ν表示波的特性，E表示粒子的特性
D．光波不同于宏观观念中连续的波，它是表明大量光子运动规律的一种概率波
【解析】光的波粒二象性不是惠更斯的波动说与牛顿的粒子说相加，光子说也没有否定电磁说．
【答案】CD
10．(多选)如图517所示为研究光电效应规律的实验电路，电源的两个电极分别与接线柱c、d连接，用一定频率的单色光a照射光电管时，灵敏电流计G的指针会发生偏转，而且另一频率的单色光b照射该光电管时，灵敏电流计G的指针不偏转．下列说法正确的是()
图517
A．a光的频率一定大于b光的频率
B．电源正极可能与c接线柱连接
C．用b光照射光电管时，一定没有发生光电效应
D．若灵敏电流计的指针发生偏转，则电流方向一定是由e→G→f
【解析】用单色光a照射光电管时，灵敏电流计G的指针会发生偏转，而用单色光b照射时，电流计G的指针不偏转，说明单色光a的频率一定大于单色光b的频率，A对．单色光a照射时一定发生光电效应，单色光b照射时可能发生光电效应，但由于加反向电压，光电流为零，也可能没有发生光电效应，C错误，B对．若灵敏电流计的指针发生偏转，电流方向一定是与电子定向运动的方向相反，由e→G→f，D对．
【答案】ABD
11．小明用金属铷为阴极的光电管，观测光电效应现象，实验装置示意图如图518甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34Js.
图518
(1)图甲中电极A为光电管的________(选填“阴极”或“阳极”)．
(2)实验中测得铷的遏止电压Uc与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率νc＝________Hz，逸出功W＝________J.
(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek＝________J.
【解析】(1)光电管中光束直接照射的K极为光电管的阴极，所以电极A为光电管的阳极．
(2)由Ucν图线可知，铷的截止频率νc＝5.15×1014Hz金属的逸出功W＝hνc＝6.63×10－34×5.15×1014J＝3.41×10－19J.
(3)由光电效应方程Ek＝hν－W可得产生的光电子的最大初动能Ek＝6.63×10－34×7.00×1014J－3.41×10－19J＝1.23×10－19J.
【答案】(1)阳极(2)5.15×10143.41×10－19(3)1.23×10－19
12．A、B两种光子的能量之比为2∶1，它们都能使某种金属发生光电效应，且所产生的光电子最大初动能分别为EkA、EkB.求该金属的逸出功.【导学号：64772066】
【解析】由光电效应方程可得：EkA＝EA－W，EkB＝EB－W，
又EA∶EB＝2∶1，可解得该金属的逸出功W＝EkA－2EkB.
【答案】EkA－2EkB
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光电效应 光子
教学目标
知识目标
（1）知道光电效应现象
（2）知道光子说的内容，会计算光子频率与能量间的关系
（3）会简单地用光子说解释光电效应现象
（4）知道光电效应现象的一些简单应用
能力目标
培养学生分析问题的能力
教学建议
教材分析
分析一：课本中先介绍光电效应现象，再学习光子说，最后用光子说解释光电效应现象产生的原因。本节内容说明光具有粒子性，从而引出量子论的基本知识。
分析二：光电效应有如下特点：①光电效应在极短的时间内完成；②入射光的频率大于金属的极限频率才会发生光电效应现象；③在已经发生光电效应的条件下，逸出的光电子的数量跟入射光的强度成正比；④在已经发生光电效应的条件下，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大。
教法建议
建议一：对于光电效应现象先要求学生记住光电效应的实验现象，然后运用光子说去解释它，这样可以加深学生的理解。
建议二：学生应该会根据逸出功求发生光电效应的极限频率，但可以不要求运用爱因斯坦光电效应方程进行计算。
教学设计示例
光电效应、光子
教学重点：光电效应现象
教学难点：运用光子说解释光电效应现象
示例：
一、光电效应
1、演示光电效应实验，观察实验现象
2、在光的照射下物体发射光子的现象叫光电效应
3、现象：
（1）光电效应在极短的时间内完成；
（2）入射光的频率大于金属的极限频率才会发生光电效应现象；
（3）在已经发生光电效应的条件下，逸出光电子的数量跟入射光的强度成正比；
（4）在已经发生光电效应的条件下，光电子最大初动能随入射光频率的增大而增大。
4、学生看书上表格常见金属发生光电效应的极限频率
5、提出问题：为什么会发生3中的现象
二、光子说
1、普朗克的量子说
2、爱因斯坦的光子说
在空间传播的光不是连续的，而是一份份的，每一份叫做光量子，简称光子。
三、用光子说解释光电效应现象
先由学生阅读课本上的解释过程，然后教师提出问题，由学生解释。
四、光电效应方程
1、逸出功
2、爱因斯坦光电效应方程
对一般学生只需简单介绍
对层次较好的学生可以练习简单计算，深入理解方程的意义
例题：用波长200nm的紫外线照射钨的表面，释放出的光电子中最大的动能是2.94eV.用波长为160nm的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子的最大动能是多少？
五、光电效应的简单应用
六、作业
探究活动
题目：光电效应的应用
组织：分组
方案：分组利用光电二极管的特性制作小发明
评价：可操作性、创新性、实用性
第2节核裂变教师用书
一名合格的教师要充分考虑学习的趣味性，作为教师就要根据教学内容制定合适的教案。教案可以让学生能够在教学期间跟着互动起来，帮助教师能够更轻松的上课教学。那么一篇好的教案要怎么才能写好呢？下面的内容是小编为大家整理的第2节核裂变教师用书，欢迎阅读，希望您能够喜欢并分享！
第2节核裂变
学习目标知识脉络
1.知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量．(重点)
2.知道什么是链式反应.
3.会计算重核裂变过程中释放出的能量．(重点)
4.知道什么是核反应堆．了解常用裂变反应堆的类型．(难点)
重核的裂变
[先填空]
1．重核的裂变
(1)核裂变：用中子轰击铀核，铀核分裂成质量相近的两部分，并释放出能量的核反应过程叫做核裂变．
(2)裂变能：核裂变释放出的能量称为裂变能，也称核能或原子能．核裂变是释放核能的方法之一．
(3)铀核裂变的产物多种多样，其中有代表性的有：
10n＋23592U→9538Sr＋13954Xe＋210n
10n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n.
2．链式反应
(1)定义：在23592U核裂变释放出巨大能量的同时，平均每次可以放出2～3个中子，这些中子称为第1代中子，如果其中至少有一个继续轰击23592U，使之发生裂变，就能产生第2代中子，这样不断继续下去，中子会不断增加，裂变反应就会不断加强，就形成了裂变的链式反应．能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做临界体积．
(2)条件：发生链式反应必须具备两个条件：a.铀核的体积达到临界体积；b.必须存在持续不断的中子源．
[再判断]
1．原子核释放粒子的过程也是核裂变的过程．(×)
2．用中子轰击重核使之分裂实现核裂变．(√)
3．利用不可控的快中子轰击超过临界体积的铀块产生链式反应制成原子弹．(√)
[后思考]
重核裂变反应是否满足电荷数守恒？是否满足质量数守恒？
【提示】重核裂变反应属于核反应，满足电荷数守恒，质量数守恒．
[核心点击]
1．铀核的裂变和裂变方程
(1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状．
(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出2或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能．
(3)常见的裂变方程：
①23592U＋10n―→13954Xe＋9538Sr＋210n.
②23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n.
2．链式反应的条件
(1)有慢中子轰击．
(2)铀块的体积大于临界体积，或铀块的质量大于临界质量．
以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足．
3．裂变反应的能量：铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量．一个铀235核裂变时释放的能量如果按200MeV估算，1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温．
4．铀的同位素中铀235比铀238更易发生链式反应
在天然铀中，主要有两种同位素，99.3%的是铀238，0.7%的是铀235，中子能引起这两种铀核发生裂变，但它们和中子发生作用的情况不同．
(1)铀235：俘获各种能量的中子都会发生裂变，且俘获低能量的中子发生裂变的概率大．
(2)铀238：只有俘获能量大于1MeV的中子才能发生裂变，且裂变的几率小．能量低于1MeV的中子只与铀核发生弹性碰撞，不引起裂变．因此，为了使链式反应容易发生，最好利用纯铀235.
1．(多选)关于重核的裂变，以下说法正确的是()
A．核裂变释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量
B．铀核裂变在自然界中会自发地产生
C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少
D．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能
【解析】根据重核发生裂变的条件和裂变释放能量的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程，因而释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量；重核裂变只能发生在人为核反应中；在裂变反应中核子数是不会减少的，因此A正确，B、C错误．重核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减小，必然发生质量亏损，从而释放出核能，所以D正确．
【答案】AD
2．(多选)1938年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射线．下列关于这个实验的说法中正确的是()
A．这个实验的核反应方程是23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n
B．这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和
C．实验中产生的γ射线穿透能力极强
D．这个反应中释放出的能量可以用爱因斯坦的质能方程来计算
【解析】根据质量数守恒、电荷数守恒，铀核裂变的核反应方程应为：23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n，选项A正确；铀核裂变过程中产生γ射线，放出能量，发生质量亏损，释放的能量根据爱因斯坦的质能方程计算，选项B错误，D正确；核反应中产生的γ射线，穿透能力极强，是能量极高的光子，选项C正确．
【答案】ACD
3．现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是：23592U＋10n→14360Nd＋Zr＋310n＋80－1e＋ν
(1)核反应方程中的ν是中微子，它不带电，质量数为零．试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数；
(2)已知铀(U)核的质量为235.0493u，中子质量为1.0087u，钕(Nd)核质量为142.9098u，锆核质量为89.9047u．又知1u＝1.6606×10－27kg，试计算，1kg铀235大约能产生的能量是多少？
【解析】(1)根据电荷数和质量数守恒，可得
Zr的电荷数Z＝92－60＋8＝40
质量数A＝236－143－3×1＝90.
(2)方法一：质量亏损
Δm＝(mU＋mn)－(mNd＋mZr＋3mn)＝0.2174u.
一个铀核裂变释放能量
ΔE＝Δm×931.5MeV
＝0.2174×931.5MeV≈202.5MeV
1kg铀核含有的原子核数为
n＝1000235×6.02×1023个≈2.562×1024个
1kg铀核产生的能量
E总＝nΔE＝2.562×202.5×1024MeV
≈5.2×1026MeV＝5.2×1026×106×1.6×10－19J
≈8.3×1013J.
方法二：Δm＝(mU＋mn)－(mNd＋mZr＋3mn)
＝0.2174u＝0.2174×1.6606×10－27kg
≈3.6×10－28kg
ΔE＝Δmc2＝3.6×10－28×(3×108)2J＝3.24×10－11J
n＝1000235×6.02×1023个≈2.562×1024个
E总＝nΔE＝2.562×1024×3.24×10－11J≈8.3×1013J.
【答案】(1)4090(2)8.3×1013J
重核裂变核能计算的方法
解答这类问题，一般是先根据核反应方程求出一个重核裂变时发生的质量亏损，由质能方程计算出释放的能量，然后用阿伏加德罗常数把核能与重核质量联系起来；另外，在计算过程中要注意单位的统一．
裂变反应堆
[先填空]
1．核反应堆：能维持和控制核裂变的装置．
2．核反应堆的构成：堆芯、中子反射层、控制系统和防护层等部分．
(1)堆芯：由燃料棒、减速剂和冷却剂组成．
(2)中子反射层：反射核裂变中产生的中子，使其进一步参加链式反应．
(3)控制棒：用能吸收慢中子的镉或硼钢制成，以控制链式反应的速度．
[再判断]
1．核反应堆可以人工控制核反应速度．(√)
2．减速剂的作用使快中子减速变成慢中子．(√)
3．链式反应一旦形成无法进行人工控制．(×)
[后思考]
核反应堆中的防护层的构造和作用是什么？
【提示】核反应堆中的防护层一般由金属套、防止中子外逸的水层以及1m～2m厚的钢筋混凝土构成，可以有效地防止射线对人体及其他生命的侵害．
[核心点击]
1．核反应堆的组成
核反应堆由堆芯、中子反射层、控制系统和防护层等部分组成．其中控制棒用能吸收慢中子的镉或硼钢制成，以控制链式反应的速度．之所以把它叫做“堆”，是因为世界上第一个核反应堆是用石墨块(用以控制反应速度)和金属铀块(反应燃料)一层一层交替地“堆”起来而构成的．
2．核反应堆与原子弹爆炸的比较
原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的，为了用人工方法控制链式反应的速度，使核能比较平缓地释放出来，人们制成了核反应堆(核电站的核心设施)．核反应堆是人工控制链式反应的装置．
3．核电站发电的主要原理
核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高．水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去．反应堆放出的热使水变成水蒸气，这些高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电．这一部分的工作原理和火力发电相同．
4．关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是()
A．镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度
B．用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量
C．利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量
D．镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度
【解析】镉棒不是离子源不会释放中子，A错误，也不是减速剂，不能使快中子变为慢中子，B、D错误，镉棒对中子有吸收作用，通过中子强度检测器检测，当反应太强，镉棒能自动插入，多吸收中子，反之，自动抽出，少吸收中子，故镉棒也叫控制棒，C正确．
【答案】C
5．(多选)关于原子核反应堆，下面哪种说法是正确的()
A．镉棒是核燃料，裂变时释放核能
B．镉棒的作用是控制反应堆的功率
C．石墨的作用是吸收中子
D．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热量
【解析】核燃料即为用浓缩铀制成的铀棒，铀棒裂变时释放核能；镉棒具有很强的吸收慢中子的能力，通过控制镉棒插入的深度来控制链式反应的速度，即可控制反应堆的功率；石墨的作用是使裂变产生的快中子减速成为慢中子；冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热量．则B、D正确，A、C错误．
【答案】BD
学业分层测评(十二)
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学业达标]
1．(多选)当一个重核裂变时，它所产生的两个核()
A．含有的质子数较裂变前重核的质子数不变
B．含有的中子数较裂变前重核的中子数不变
C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量
D．可能是多种形式的两个核的组合
【解析】由于在裂变反应中吸收一个中子而释放2～3个中子，质子数并没有发生变化，而两个新核的中子数减少，故选项A正确，B错误；反应后质量发生了亏损而释放能量，并不等于俘获中子时得到的能量，在裂变反应中，产物并不是唯一的，而是多种多样的，故选项D正确，选项C错误．
【答案】AD
2．(多选)关于重核的裂变，以下说法正确的是()
A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量
B．中子从铀块中通过时，但不一定发生链式反应
C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小
D．重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能
【解析】根据重核发生裂变的条件和裂变释放核能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程．释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量．链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积，如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就不会发生．在裂变反应中质量数、电荷数均守恒；即核子数守恒，所以核子数是不会减小的，因此选项A、C错误，B正确；重核裂变为中等质量的原子核时，发生质量亏损，从而释放出核能，选项D正确．
【答案】BD
3．铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是()【导学号：64772108】
A．反应堆中铀的质量是重要因素与体积无关
B．为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子
C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生
D．能否发生链式反应与铀块的质量无关
【解析】要使铀核裂变发生链式反应，铀块的体积必须等于或大于临界体积，如果组成铀块的体积小于临界体积，则不会发生链式反应．裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变．如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确．
【答案】C
4．(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应式是23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n.下列说法正确的有()
A．上述裂变反应中伴随着中子放出
B铀块体积对链式反应的发生无影响
C．铀核的链式反应可人工控制
D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响
【解析】根据裂变反应的规律和影响半衰期的因素解决问题．裂变反应式中的10n为中子，铀块体积大于临界体积，才能发生链式反应，且铀核的链式反应是可控的，选项A、C正确，选项B错误；放射性元素的半衰期不受外界压强、温度的影响，选项D错误．
【答案】AC
5．下列核反应中，表示核裂变的是()
A.23892U―→23490Th＋42He
B.23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n
C.146C―→147N＋0－1e
D.94Be＋42He―→126C＋10n
【解析】题目选项中，23892U―→23490Th＋42He是α衰变，146C―→147N＋0－1e是β衰变，94Be＋42He―→126C＋10n是人工转变，只有C选项是重核裂变，故B正确．
【答案】B
6．(多选)2020年以前我国将新增投产2300万千瓦的核电站，核电站与火电站相比较，下列说法正确的是()
A．核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量
B．就可采储量来说，地球上核燃料资源远大于煤炭
C．在经济效益方面核电与火电不相上下
D．核电站没有任何污染
【解析】核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量，A项正确；就可采储量所提供的能量来说，远大于煤炭所能提供的能量，而不是采储量，B项错；在经济效益方面核电与火电不相上下，C项正确；核电站是有污染的，核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理，D项错误．
【答案】AC
7．下面是铀核裂变反应中的一个：23592U＋10n―→13654Xe＋9038Sr＋1010n.已知铀235的质量为235.0439u，中子的质量为1.0087u，锶90的质量为89.9077u，氙136的质量为135.9072u，则此核反应中质量亏损Δm＝________u，释放的核能ΔE＝________MeV.
【导学号：64772053】
【解析】质量亏损Δm＝235.0439u＋1.0087u－135.9072u－89.9077u－10×1.0087u＝0.1507u
由ΔE＝Δmc2可求得释放的核能ΔE＝0.1507uc2＝0.1507×931.5MeV＝140.3771MeV.
【答案】0.1507140.3771
8．落在日本广岛上的原子弹，相当于2万吨TNT炸药放出的能量．原子弹放出的能量约8.4×1013J，试问有多少个23592U原子核进行分裂？该原子弹中含23592U的质量最小限度为多少千克？(一个23592U原子核分裂时所产生的能量约为200MeV)
【解析】一个23592U原子核分裂时所产生的能量约为200MeV＝200×106eV＝2.0×108×1.6×10－19J＝3.2×10－11J.
设共有n个23592U核发生裂变：n＝8.4×10133.2×10－11个≈2.6×1024个，铀的质量m＝235×10－3×2.6×10246.02×1023kg≈1.015kg.
【答案】2.6×1024个1.015kg
能力提升]
9．(多选)我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于23592U的裂变，下列说法正确的是()
A.23592U原子核中有92个质子，143个中子
B.23592U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为23592U＋10n―→13954Xe＋9538Sr＋210n
C.23592U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短
D．一个23592U裂变能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J
【解析】由23592U的质量数和电荷数关系易知A正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知B正确；半衰期不受外界因素干扰，故C错误；因为200MeV＝200×106×1.6×10－19J＝3.2×10－11J，所以D正确．
【答案】ABD
10．(多选)人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图421所示的关系．下列关于原子结构和核反应的说法正确的是()
图421
A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要吸收能量
B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能
C．由原子核A裂变成原子核B和C时要吸收能量
D．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度
【解析】原子核D和E的核子平均质量大，结合成原子核F时存在质量亏损，要释放能量，A错误；原子核A的核子平均质量大，裂变成原子核B和C时质量亏损，要放出核能，B正确、C错误；镉棒可以吸收中子，在反应堆中能控制反应速度，D正确．
【答案】BD
11.23592U受中子轰击时会发生裂变，产生13956Ba和9436Kr，同时放出200MeV的能量，现要建设发电能力是50万千瓦的核电站，用铀235作为原子锅炉的燃料，假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需要纯铀235的质量为多少？(阿伏加德罗常数取6.02×1023mol－1)
【解析】每天发电的总量
E＝24×3.6×103×5×108J＝4.32×1013J.
要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目n＝4.32×10132×108×1.6×10－19＝1.35×1024(个)．
则对应的质量
m＝nNAμ＝1.35×10246.02×1023×235×10－3kg＝0.527kg.
【答案】0.572kg
12．在所有能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能．
(1)核反应方程式23592U＋10n―→14156Ba＋9236Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，10n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为________，a＝________.以mU、mBa、mKr分别表示23592U、14156Ba、9236Kr核的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE是多少？
(2)有一座发电能力为P＝1.00×106kW的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%，假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程放出的核能ΔE＝2.78×10－11J，核的质量mU＝390×10－27kg，求每年(1年＝3.15×107s)消耗的23592U的质量．
【解析】(1)由反应方程可知：X为10n，a为3，释放的能量为
ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2.
(2)因电站发电效率为40%，故电站消耗23592U的功率为P′＝P40%＝10640%kW＝2.5×106kW，
电站每年消耗235U的能量为W＝Pt＝2.5×109×3.15×107J＝7.875×1016J.
每年消耗23592U的质量为
M＝WΔEmU＝7.875×1016×390×10－272.78×10－11kg＝1105kg.
【答案】(1)10n3(mU－mBa－mKr－2mn)c2
(2)1105kg
光电效应设计详案
光电效应设计详案
教学目的：
1、了解光电效应的产生条件、规律及光子学说．
2、了解光的量子性，会用光子说解释光电效应现象．
能力目标：
1、培养学生观察能力、分析能力，对实验事实加以解释的能力．
情感目标：
1、引导学生探索知识之间的联系，渗透了“当理论与新的实验事实不相符时，要根据事实建立新的理论”——即实践是检验真理的唯一标准的科学思想．
教学用具：光电效应演示器，应急灯，紫外线灯，X射线管，感应圈，灵敏检流计．
教学重点和难点：从实验现象总结出光电效应的规律，经典理论在解释光电效应遇到的困难．
课堂总体设计：
发挥教师的主导作用，以演示实验为基础，逐步引导学生通过对演示现象的观察，得出光电效应的规律．通过对经典波动理论无法解释光电效应的分析，培养学生运用已知知识分析新的事验事实的能力，让学生进一步体会到实践是检验真理的唯一标准．
教学过程：
一、课题引入
前几节课我们了解了人们在研究光的本性过程提出的几种有代表性的学说．（由于前面几节内容已经涉及了光的微粒说和波动说的发展过程，可以简单回顾）自从麦克斯韦提出光的电磁说，赫兹又用实验证实了麦克斯韦的理论后，光的波动理论发展到了完善的地步．可是，光电效应的发现又给光的波动理论带来了前所未有的困难．今天我们就来通过实验研究光电效应的规律，并且通过分析光电效应的规律弄清为什么波动理论无法解释光电效应现象．
二、新课进行．
1、介绍实验装置——演示实验——观察分析实验现象
这一阶段介绍什么是光电效应．从演示入手，引导学生观察并分析实验现象，为下面的研究光电效应规律作准备．
介绍一下光电效应实验装置．（分别介绍锌板、铜网、高压电源、检流装置，一边介绍，一边在黑板上画出整个装置的示意图）
介绍装置后画出装置示意图——将具体的较复杂的实验装置变为简明的板画，突出了原理，有助于后面对实验事实的进一步分析．
问题1：把高压电源接通，检流装置接上，为什么检流计不发生偏转?
（电路还处于断开状态．锌板和铜网之间．中间是空气，不能导电．）
问题2：现在让我们用紫外线照射锌板，（介绍紫外线灯，用紫外照射锌板，检
流计指针偏转）．观察用紫外线照射锌板时，看到了什么现象?为什么会出现这种现象?（看到检流计指针发生了偏转，说明电路中出现了电流．）
问题3：分析电流可能是哪种原因产生的?
（可能是紫外线使空气电离，也可能是紫外线使锌板飞出了电子．）
教师用铜板代替锌板，则指针不会发生偏转，这样，排除排除了空气被电离的可能性．
通过实验现象总结：锌板在紫外线的照射下，飞出了电子，这种物体在光照下有电子飞出的现象叫光电效应；在光照下从物体中飞出的电子叫光电子，电路中的电流叫光电流．
（板书：光电效应，光电子，光电流）（板画：光电效应的形成过程）
2、研究光电效应的规律
用应急灯的可见光照射锌板，而后用X射线照射锌板，由于用可见光照射时无电流，用X射线照射时有电流．指出：可见光频率较低，不能发生光电效应，X射线频率较高，可以发生光电效应．
教师总结：可见光，紫外线，X射线都是电磁波，只是频率高低不同．用不同频率的各种电磁波照射同一种金属板，发现，当频率低到一定程度后，不论怎样增大入射光强度，怎样延长照射时间，都无法发生光电效应．这一频率界限就叫极限频率．
（板书：二、规律：任何一种金属，都存在极限频率，只有当入射光时，才能发生光电效应．）
问题4：发生光电效应时，若将高压电源去掉，检流计中仍能发现有电流通过．这说明什么呢?
（飞出的电子不需要加速电压，能从锌板飞向铜网．这也说明飞出的电子具有一定的初速度，具有一定的初动能．）
问题5：光电子的这一初动能是从哪里来的呢?
（从入射光中获得．用不同的光——不同频率，不同光强——照射同一金属．发现：光电子的最大初动能与入射光强度无关，只与入射光频率有关，并且随入射光频率的增大而增大．）
（板书：2、光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大），这是光电效应的第二条规律
．让学生观察在能发生光电效应的情况下，从光照开始到光电效应发生，需要的时间长短．
（用X射线照射锌板，让X射线不断地断、续照射，检流计指针的偏转也断、续发生）
问题6：大家看到的现象说明了什么问题?
（光电效应发生非常快．科学家用仪器测出了光电效应的发生时间，在s以下．在这段时间中，光只能通过约20-30cm的距离．可以说光电效应的发生几乎是瞬时的．）
板书（3、光电效应的发生几乎是瞬时的．）
教师讲解：通过研究的光电效应的第二条规律中，我们知道入射光强不影响光电子的最大初动能．
问题7：入射光强不影响光电子的最大初动能，那么入射光强可以对什么发生影响呢?
（把紫外线管靠近锌板，改变紫外线管与锌板的距离，检流计指针偏转幅度相应地发生变化）这个现象说明什么?（说明入射光强度增大时，光电流强度也增大．精确的实验表明，光电流强度与入射光强度成正比关系，这是光电效应的第4条规律．）
（板书：4、光电流随入射光强度的增大而增大．）
通过对实验现象的观察、分析，得出了光电效应的规律．通过阅读课本，让学生熟悉这4条规律．看表格思考下列问题：
（1）某光恰能使锌发生光电效应，那么能使课本中表格内哪些金属发生光电效应?
（2）表中哪种金属最易发生光电效应?
（3）为什么各种金属的极限频率不同?）
3、波动理论在解释光电效应时的矛盾
为什么说光的波动理论无法解释光电效应的规律？从光电效应的发生过程来看，电子吸收入射光能量后才能挣脱原子核的束缚，所以我们应从能量的角度来分析光效应．光的波动理论是这样描述光的能量的：（1）能量是连续的；（2）振幅（光强）越大，光能越大，光的能量与频率无关．大家想一想，波动理论为什么无法解释光电效应的规律?
（1）我们先来分析第一条规律：存在极限频率．
按波动理论，不论什么频率的光，只要光强足够大，就应该发生光电效应，不应存在极限频率．
（板书：波动理论的困难：1、不应存在极限频率）
（2）波动理论能解释光电子的最大初动能与入射光强无关吗?
按波动理论，入射光强越大，光能越大，飞出的光电子初动能就应越大．事实是光电子的最大初动能仅与入射光频率有关．
（板书：2、光电子最大初动能的大小应与光强有关，与无关）
（3）光电效应几乎是瞬时发生的．也就是说，不论入射光强多么弱，只要，就立即能发生光电效应．光太弱时，按波动理论，要达到使光电子飞出的能量，要有一个能量积累过程．事实上光电效应几乎瞬时发生说明一旦发生光电效应，几乎不需要能量的积累过程．（板书：3、弱光照射时应有能量积累过程，不应瞬时发生）
（4）波动理论能够解释第四条规律——随着光强的增大，光电流也在增大．
通过上面的分析，光的波动理论在解释光电效应时遇到了巨大的困难．后来，爱因斯坦在普朗克量子化理论的启发下，提出了光子学说．
4、光子说
阅读课文分析：
问题8：光子说与波动理论的主要区别是什么?
（光子说认为能量是一份一份的，与频率有关，而波动说认为能量是连续的，与频率无关．）
普朗克认为电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的进行的，理论计算的结果才能和实验事实相符，这样的一份能量叫做能量子，普朗克还认为每一份能量等于，其中叫做普朗克常量，实验测得：
普朗克将物理学带进了量子世界，受到普朗克的启发，爱因斯坦在1905年提出，在空间中传播的光也不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子，光子的能量
跟光的频率成正比，即：这个学说后来就叫做光子说．（关于光子说的内容可以让学生自学）
光子说的这两点实际上是针对波动理论的两大要害提出的．爱因斯坦当时在实验事实还不是很充分的时候，提出了光子说，是对科学的重大贡献．这也说明理论与新的实验事实不符时，要根据事实建立新的理论，因为实践是检验真理的唯一标准．
5、光电效应方程
（1）光电效应中，金属中的电子在飞出金属表面时要克服原子核对它的吸引而做功，某种金属中的不同电子，脱离这种金属所做的功也不一样，使电子脱离某种金属所做的功的最小值叫做这种金属的逸出功．（板书：1、逸出功）
（2）如果入射光子的能量大于逸出功，那么有些光子在脱离金属表面后还有剩余的能量——也就是说有些光电子具有一定的动能，就有下面的关系：
这个关系式通常叫做爱因斯坦光电方程．
（板书：爱因斯坦光电效应方程：）
这部分内容对一般学生只需简单介绍，对层次较好的学生可以练习简单计算，深入理解方程的意义．
三、例题分析（参考课文例题和备课资料）四、课堂总结
“光电效应光子”教学设计
“光电效应光子”--
浙江宁波效实中学杨继林沈晨
【教材】全日制普通高级中学教科书·物理第三册（必修加选修）第二十二章第一节。
【教学时间】一课时。
【教学目标】
1．知识与技能
●了解并识别光电效应现象。
●能表述光电效应现象的规律。
●了解光子的概念，会用光子说解释光电效应现象的规律。
●理解光电效应方程。
●粗略了解光电效应研究史实。
2．过程与方法
●观察赫兹实验中的放电现象，体验发现的过程。
●经历“探究光电效应规律”的过程，获得探究活动的体验。
●尝试发现波动理论面对光电效应规律遇到的困难。
●领略“观察、实验──提出假说──实验验证──新的假说……”的物理学研究方法。
3．情感态度与价值观
●体验探究自然规律的艰辛与喜悦。
●陶冶崇尚科学、仰慕科学家，欣赏物理学的奇妙与和谐的情愫。
●学习科学家敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神，培养判断有关信息是否科学的意识。
【教学用具】
1．实验装置赫兹实验装置；光电效应现象演示装置。
2．多媒体课件；资料文字；赫兹实验装置示意动画；研究光电效应实验示意动画；光电效应的波动说描述与光子说描述动画；密立根证实光电方程实验示意动画；普朗克、爱因斯坦、密立根资料图片动画；
【设计理念】本课教材蕴含着十分丰富的教学内容：在知识方面，本课作为后牛顿物理两大支柱之一──量子理论的入门，涉及量子物理最基础的内容，同时，还有着厚重的物理学科文化积淀，有物理学史、科学方法、辩证唯物主义思想、创新意识等人文精神教育的题材。教材在知识陈述上较为浅显直接，而关于这些知识的“背景”，则是相当丰满、承赋人文，为实施“科学的人文教育价值”提供了很大的空间。基于教材特点，本--“以人为本”，突出从赫兹发现光电效应，勒纳德研究光电效应规律，爱因斯坦提出光子说解释光电效应规律，到密立根实验验证光电效应方程，物理学家们上下求索三十年的历程，在让学生学到量子论基础知识与基本技能、发展微观思维方法的同时，获得物理课程文化的浸润与陶冶，体现物理教育在个性品质、好奇求知、质疑创新、科学美及责任心等方面的价值导向。
本课总体设计思想是：课堂教学以光电效应三十年精彩历程为线索，通过充分展示围绕“光电效应”所发生的发现现象、研究规律、提出假说、实验验证这样一个科学发现过程，在科学过程展示中推出学科知识，渗透科学思想方法，借助多媒体课件播放、实验装置重现现象及教师解说，着力于撼动青年学生崇尚科学的情感，弘扬深厚的物理课程文化。
【教学过程】全课以下列四个标题作引导，按历史的发展顺序展开教学活动。
（动画显示课题后，教师引入主题）
引入本课要学习的光电效应，在量子理论的发展中有着特殊的意义。人类对光的本性的认识，到麦克斯韦提出光是一种电磁波，光的波动说似乎已完美无缺了。然而，就是在证实电磁波存在的过程中，人们发现了光具有粒子性的重大事实，这就是光电效应现象。光电效应及其规律的研究，使人类对物质世界的观念发生了变革：大自然在微观层次上是不连续的，即“量子化”的，而不是牛顿物理假设的在一切层次上都是连续的！光电效应最先由赫兹发现，他的学生勒纳德对光电效应的研究卓有成效并获1905年诺贝尔物理学奖，爱因斯坦提出光子论从理论上成功解决了光电效应面临的难题并因此获19:office:office?>
波动理论解释
实验事实
之一
之二
到达金属表面的光能量连续地分布，对某个电子只能吸收其中很少一部分，应有一段时间积累到足够的能量方能从金属表面挣脱。
光波的振幅表征光能量大小，强光对金属作用足够长时间，有足够能量应该可以使电子从金属表面挣脱。
光电效应是否产生存在极限频率（波长）而与光强无关，光电子最大初动能也只与入射光频率成正相关。
若能发生光电效应，即使光很弱，也是瞬间发生的
三、爱因斯坦提出光子论圆满解释
引入观察与理论的互动就是科学，观察是科学进程的开端，观察激发思考导致理论以解释观察结果，而理论又在新的观察中受到检验、引发新的理论，对观察结果进行解释或统一。
原来的电磁波理论与光电效应的实验事实不相符合，促使人们改变认识，构建新的思想框架来解释观察结果。1905年，爱因斯坦用突破性的量子化思想对光电效应做出了现在为科学界普遍接受的解释。
介绍爱因斯坦光量子假说教师介绍普朗克对电磁波辐射所作的量子化假设：振动物体的能量只能取特定的一组允许值。这种思想在当时并没有引起人们多少注意，但爱因斯坦敏锐地捕捉了这一思想闪光，并彻底贯穿到光的辐射与吸收问题中。
教师介绍光子说，并显示文字内容：
在空间传播的光（的能量）不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子，一份光子的能量E＝hv。
用光子说对光电效应规律作解释用如图7所示动画辅助描述光子说下的光电效应：光子像下雨一样落在金属表面上，打出电子，就像机枪子弹从混凝土墙上打下混凝土块一样。
解释极限频率的存在；
解释光电效应的瞬时性；
给出逸出功概念，用光电效应方程（屏幕展示）解释光电子最大初动能只与入射光频率正相关；
解释光电流的强度与入射光的强度成正比。
小结在爱因斯坦提出光子模型后，用来解释光电效应变得出奇地简单明了，今天，我们中学生运用光电方程计算光电效应已不是什么难题，但在上个世纪初，科学家对量子化的物理却极不适应，爱因斯坦的独创性、物理洞察力和对简洁解释的追求使他在忙碌的1905年发表了相对论，成功解释了光电效应，建树起近代物理学研究的两座丰碑。
四、密立根精确实验证实光电效应方程
引入至此，研究光电效应的科学活动并未完成，爱因斯坦的光子假设与光电方程作为假说──一种有根据的猜测，一种尝试性的未经确认的看法，要上升为理论，要为人们认同──当时对这一假说的怀疑超过了狭义相对论，甚至包括普朗克本人也持反对态度，还必须经受实验的检验。许多物理学家都想方设法用实验测量普朗克恒量h，验证光电效应方程。
简介密立根的工作一直对光子假设持有保留的美国物理学家密立根，设计了高精确度的实验装置如图8所示，经过十年的试验，不断解决一些技术难点，终于验证了光电方程的直线性，并测出普朗克恒量h＝6．56×10-34j·s，在事实面前，密立根服从真理，宣布爱因斯坦假说得到证实。科学就是严峻的怀疑态度和对新思想的开放态度的混合，科学常常会发生这种情况：科学家说：“那的确是个好论据，我错了。”然后真的改变想法，扬弃旧观点，科学就是这样进步的。
全课总结本课学习，我们了解了光电效应现象，了解了进行科学活动的方法。光电效应把我们带进了量子化的物理学，光电效应告诉我们理解微观世界要有新的观念，光电效应引领了近代物理学的发展，对哲学、文化和技术的影响深远。让我们怀着对量子理论先驱们的崇敬心情，从科学回到生活。
播放音乐与三位物理学家资料画像，如图9所示。
［课件简介］本课件采用PowerpointXP－F1ashMX制作，充分发挥Powerpoint媒体展示功能与FIashMX的强大的动画功能。其制作过程如下：
一、素材的采集与制作。用超级解霸采集所需的CD音乐；通过网上搜索和扫描仪扫描所需的图片：用F1ashMX制作用波动理论解释光电效应的动画、光子说解释光电效应的动画。
二、系统集成：把各种素材用PowerpointXP做成一定交互能力的幻灯片。
