高中物理選修3-5教案.docx

161 實驗：探究碰撞中的不變量一、三維目標知識與技能1、明確探究碰撞中的不變量的基本思路2、掌握同一條直線上運動的兩個物體碰撞前后的速度的測量方法3、掌握實驗數(shù)據處理的方法過程與方法1、學習根據實驗要求，設計實驗，完成某種規(guī)律的探究方法2、學習根據實驗數(shù)據進行猜測、探究、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的探究方法情感、態(tài)度與價值觀1、通過對實驗方案的設計，培養(yǎng)學生積極主動思考問題的習慣，并鍛煉其思考的全面性、準確性與邏輯性2、通過對實驗數(shù)據的記錄與處理，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度，能使學生靈活地運用科學方法來研究問題，解決問題，提高創(chuàng)新意3、在對實驗數(shù)據的猜測過程中，提高學生合作探究能力4、在對現(xiàn)象規(guī)律的語言闡述中，提高了學生的語言表達能力，還體現(xiàn)了各學科之間的聯(lián)系，可引伸到各事物間的關聯(lián)性，使自己溶入社會二、教學重點碰撞中的不變量的探究三、教學難點實驗數(shù)據的處理四、教學過程（一）引入新課課件演示：（1）臺球由于兩球碰撞而改變運動狀態(tài)（2）微觀粒子之間由于相互碰撞而改變狀態(tài)，甚至使得一種粒子轉化為其他粒子師：碰撞是日常生活、生產活動中常見的一種現(xiàn)象，兩個物體發(fā)生碰撞后，速度都發(fā)生變化師：兩個物體的質量比例不同時，它們的速度變化也不一樣師：物理學中研究運動過程中的守恒量具有特別重要的意義，本節(jié)通過實驗探究碰撞過程中的什么物理量保持不變（守恒）（二）進行新課1、實驗探究的基本思路11 一維碰撞師：我們只研究最簡單的情況兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰撞后仍沿同一直線運動，這種碰撞叫做一維碰撞課件：碰撞演示如圖所示，A、B是懸掛起來的鋼球，把小球A拉起使其懸線與豎直線夾一角度a，放開后A球運動到最低點與B球發(fā)生碰撞，碰后B球擺幅為角如兩球的質量mA=mB，碰后A球靜止，B球擺角=，這說明A、B兩球碰后交換了速度如果mAmB，碰后A、B兩球一起向右擺動 如果mAF外的條件）2、碰撞過程中，物體沒有宏觀的位移，但每個物體的速度可在短暫的時間內發(fā)生改變3、碰撞過程中，系統(tǒng)的總動能只能不變或減少，不可能增加提問：碰撞中，總動能減少最多的情況是什么？（在發(fā)生完全非彈性碰撞時總動能減少最多）（二）進行新課1、展示投影片1，內容如下：如圖所示，質量為M的重錘自h高度由靜止開始下落，砸到質量為m的木楔上沒有彈起，二者一起向下運動設地層給它們的平均阻力為F，則木楔可進入的深度L是多少？ 組織學生認真讀題，并給三分鐘時間思考（1）提問學生解題方法，可能出現(xiàn)的錯誤是：認為過程中只有地層阻力F做負功使機械能損失，因而解之為Mg（h+L）+mgL-FL=0將此結論寫在黑板上，然后再組織學生分析物理過程（2）引導學生回答并歸納：第一階段，M做自由落體運動機械能守恒m不動，直到M開始接觸m為止再下面一個階段，M與m以共同速度開始向地層內運動阻力F做負功，系統(tǒng)機械能損失提問：第一階段結束時，M有速度，而m速度為零。下一階段開始時，M與m就具有共同速度，即m的速度不為零了，這種變化是如何實現(xiàn)的呢？引導學生分析出來，在上述前后兩個階段中間，還有一個短暫的階段，在這個階段中，M和m發(fā)生了完全非彈性碰撞，這個階段中，機械能（動能）是有損失的（3）讓學生獨立地寫出完整的方程組第一階段，對重錘有：第二階段，對重錘及木楔有Mv+0=（M+m）第三階段，對重錘及木楔有（4）小結：在這類問題中，沒有出現(xiàn)碰撞兩個字，碰撞過程是隱含在整個物理過程之中的，在做題中，要認真分析物理過程，發(fā)掘隱含的碰撞問題2、展示投影片2，其內容如下：如圖所示，在光滑水平地面上，質量為M的滑塊上用輕桿及輕繩懸吊質量為m的小球，此裝置一起以速度v0向右滑動另一質量也為M的滑塊靜止于上述裝置的右側當兩滑塊相撞后，便粘在一起向右運動，則小球此時的運動速度是多少？組織學生認真讀題，并給三分鐘思考時間（1）提問學生解答方案，可能出現(xiàn)的錯誤有：在碰撞過程中水平動量守恒，設碰后共同速度為v，則有（M+m）v0+0（2M+m）v解得，小球速度 （2）教師明確表示此種解法是錯誤的，提醒學生注意碰撞的特點：即宏觀沒有位移，速度發(fā)生變化，然后要求學生們尋找錯誤的原因（3）總結歸納學生的解答，明確以下的研究方法：碰撞之前滑塊與小球做勻速直線運動，懸線處于豎直方向兩個滑塊碰撞時間極其短暫，碰撞前、后瞬間相比，滑塊及小球的宏觀位置都沒有發(fā)生改變，因此懸線仍保持豎直方向碰撞前后懸線都保持豎直方向，因此碰撞過程中，懸線不可能給小球以水平方向的作用力，因此小球的水平速度不變結論是：小球未參與滑塊之間的完全非彈性碰撞，小球的速度保持為v0（4）小結：由于碰撞中宏觀無位移，所以在有些問題中，不是所有物體都參與了碰撞過程，在遇到具體問題時一定要注意分析與區(qū)別3、展示投影片3，其內容如下：在光滑水平面上，有A、B兩個小球向右沿同一直線運動，取向右為正，兩球的動量分別是pA=5kgm/s，pB=7kgm/s，如圖所示若能發(fā)生正碰，則碰后兩球的動量增量pA、pB可能是（ ）ApA=-3kgm/s；pB =3kgm/sBpA=3kgm/s；pB =3kgm/sCpA=-10kgm/s；pB =10kgm/sDpA=3kgm/s；pB =-3kgm/s組織學生認真審題（1）提問：解決此類問題的依據是什么？在學生回答的基礎上總結歸納為：系統(tǒng)動量守恒；系統(tǒng)的總動能不能增加；系統(tǒng)總能量的減少量不能大于發(fā)生完全非彈性碰撞時的能量減少量；碰撞中每個物體動量的增量方向一定與受力方向相同；如碰撞后向同方向運動，則后面物體的速度不能大于前面物體的速度（2）提問：題目僅給出兩球的動量，如何比較碰撞過程中的能量變化？幫助學生回憶的關系（3）提問：題目沒有直接給出兩球的質量關系，如何找到質量關系？要求學生認真讀題，挖掘隱含的質量關系，即A追上B并相碰撞，所以，即 ，（4）最后得到正確答案為A4、展示投影片4，其內容如下：如圖所示，質量為m的小球被長為L的輕繩拴住，輕繩的一端固定在O點，將小球拉到繩子拉直并與水平面成角的位置上，將小球由靜止釋放，則小球經過最低點時的即時速度是多大？組織學生認真讀題，并給三分鐘思考時間（1）提問學生解答方法，可能出現(xiàn)的錯誤有：認為輕繩的拉力不做功，因此過程中機械能守恒，以最低點為重力勢能的零點，有得（2）引導學生分析物理過程第一階段，小球做自由落體運動，直到輕繩位于水平面以下，與水平面成角的位置處為止在這一階段，小球只受重力作用，機械能守恒成立下一階段，輕繩繃直，拉住小球做豎直面上的圓周運動，直到小球來到最低點，在此過程中，輕繩拉力不做功，機械能守恒成立提問：在第一階段終止的時刻，小球的瞬時速度是什么方向？在下一階段初始的時刻，小球的瞬時速度是什么方向？在學生找到這兩個速度方向的不同后，要求學生解釋其原因，總結歸納學生的解釋，明確以下觀點：在第一階段終止時刻，小球的速度豎直向下，既有沿下一步圓周運動軌道切線方向（即與輕繩相垂直的方向）的分量，又有沿軌道半徑方向（即沿輕繩方向）的分量在輕繩繃直的一瞬間，輕繩給小球一個很大的沖量，使小球沿繩方向的動量減小到零，此過程很類似于懸掛輕繩的物體（例如天花板）與小球在沿繩的方向上發(fā)生了完全非彈性碰撞，由于天花板的質量無限大（相對小球），因此碰后共同速度趨向于零在這個過程中，小球沿繩方向分速度所對應的一份動能全部損失了因此，整個運動過程按機械能守恒來處理就是錯誤的（3）要求學生重新寫出正確的方程組解得（4）小結：很多實際問題都可以類比為碰撞，建立合理的碰撞模型可以很簡潔直觀地解決問題下面繼續(xù)看例題5、展示投影片5，其內容如下：如圖所示，質量分別為mA和mB的滑塊之間用輕質彈簧相連，水平地面光滑mA、mB原來靜止，在瞬間給mB一很大的沖量，使mB獲得初速度v0，則在以后的運動中，彈簧的最大勢能是多少？ 在學生認真讀題后，教師引導學生討論（1）mA、mB與彈簧所構成的系統(tǒng)在下一步運動過程中能否類比為一個mA、mB發(fā)生碰撞的模型？（因系統(tǒng)水平方向動量守恒，所以可類比為碰撞模型）（2）當彈性勢能最大時，系統(tǒng)相當于發(fā)生了什么樣的碰撞？（勢能最大，動能損失就最大，因此可建立完全非彈性碰撞模型）經過討論，得到正確結論以后，要求學生據此而正確解答問題，得到結果為五、板書設計16.4 碰 撞一、碰撞的特點1、碰撞過程中動量守恒2、碰撞過程中，物體沒有宏觀的位移，但每個物體的速度可在短暫的時間內發(fā)生改變3、碰撞過程中，系統(tǒng)的總動能只能不變或減少，不可能增加二、碰撞的分類 彈性碰撞和非彈性碰撞六、課后作業(yè) 優(yōu)化方案七、教學輔助手段 投影片，多媒體輔助教學設備八、課后反思 碰撞其實是對動量守恒定律的應用，學生應熟知是哪種碰撞，列什么樣的方程，教師在講解的過程中盡量放慢速度，條理清晰，引導學生形成物理思維165 反沖運動 火箭一、三維目標知識與技能1、進一步鞏固動量守恒定律2、知道反沖運動和火箭的工作原理，了解反沖運動的應用3、了解航天技術的發(fā)展和應用過程與方法理解反沖運動的物理實質，能夠運用動量守恒定律分析、解決有關反沖運動的問題情感、態(tài)度與價值觀培養(yǎng)學生動手動腦的能力，發(fā)掘學生探索新知識的潛能二、教學重點運用動量守恒定律認識反沖運動的物理實質三、教學難點動量守恒定律的應用四、教學過程（一）引入新課教師：用實驗方法引入新課：演示實驗1：老師當眾吹一個氣球，然后，讓氣球開口向自己放手，看到氣球直向學生飛去，人為制造一點“驚險氣氛”，活躍課堂氛圍演示實驗2：用薄鋁箔卷成一個細管，一端封閉，另一端留一個很細的口，內裝由火柴頭上刮下的藥粉，把細管放在支架上，用火柴或其他辦法給細管加熱，當管內藥粉點燃時，生成的燃氣從細口迅速噴出，細管便向相反的方向飛去演示實驗3：把彎管裝在可以旋轉的盛水容器的下部，當水從彎管流出時，容器就旋轉起來提問：實驗1、2中，氣球、細管為什么會向后退呢？實驗3中，細管為什么會旋轉起來呢？看起來很小的幾個實驗，其中包含了很多現(xiàn)代科技的基本原理：如火箭的發(fā)射，人造衛(wèi)星的上天，大炮發(fā)射等。應該如何去解釋這些現(xiàn)象呢？這節(jié)課我們就學習有關此類的問題。（二）進行新課1、反沖運動（1）分析：細管為什么會向后退？ 教師：引導學生自學書本，展開討論，得出結論： 當氣體從管內噴出時，它具有動量，由動量守恒定律可知，細管會向相反方向運動（2）分析：反擊式水輪機的工作原理：當水從彎管的噴嘴噴出時，彎管因反沖而旋轉，這是利用反沖來造福人類，象這樣的情況還很多。學生：交流，舉例，并說明其工作原理。如：噴氣式飛機、我國人民引以為榮的運載火箭等教師：為了使學生對反沖運動有更深刻的印象，此時再做一個發(fā)射禮花炮的實驗學生：分析，禮花為什么會上天？教師：在學生回答的基礎上進行小結火箭就是根據這個原理制成的2、火箭教師：指導學生看書，對照書上“三級火箭”圖，介紹火箭的基本構造和工作原理播放課前準備的有關衛(wèi)星發(fā)射、“和平號”空間站、“探路者”號火星探測器以及我國“神舟號”飛船等電視錄像，使學生不僅了解航天技術的發(fā)展和宇宙航行的知識，而且要學生知道，我國的航天技術已經跨入了世界先進行列，激發(fā)學生的愛國熱情教師：在此基礎上，指導學生閱讀課后閱讀材料航天技術的發(fā)展和宇宙航行五、板書設計165 反沖運動 火箭反沖運動：如果一個靜止的物體在內力的作用下分裂為鋁箔紙，火柴和支架，反擊式水輪機轉輪的原理模型，禮花，有關航天發(fā)射、空間站等的錄像帶剪輯，投影片，多媒體輔助教學設備（四）作業(yè)：“問題與練習”13題教學體會思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學生能力的關鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。171 能量量子化：物理學的新紀元新課標要求（一）知識與技能1了解什么是熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射 2了解黑體輻射的實驗規(guī)律，了解黑體熱輻射的強度與波長的關系3了解能量子的概念（二）過程與方法了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點。體會量子論的建立深化了人們對于物質世界的認識。（三）情感、態(tài)度與價值觀領略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。教學重點能量子的概念教學難點黑體輻射的實驗規(guī)律教學方法教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。教學用具：投影片，多媒體輔助教學設備課時安排1 課時教學過程（一）引入新課教師：介紹能量量子化發(fā)現(xiàn)的背景：（多媒體投影，見課件。）19世紀末頁，牛頓定律在各個領域里都取得了很大的成功：在機械運動方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內能。在電磁學方面，建立了一個能推斷一切電磁現(xiàn)象的 Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲-等都遵循的規(guī)律-能量轉化與守恒定律。當時許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認為物理學已經發(fā)展到頭了。1900年，在英國皇家學會的新年慶祝會上，著名物理學家開爾文作了展望新世紀的發(fā)言：“科學的大廈已經基本完成，后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了?！币簿褪钦f：物理學已經沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實驗再做一做，在實驗數(shù)據的小數(shù)點后面在加幾位罷了！但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學家，就在上面提到的文章中他還講到：“但是，在物理學晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的烏云，-”這兩朵烏云是指什么呢？一朵與黑體輻射有關，另一朵與邁克爾遜實驗有關。然而， 事隔不到一年（1900年底），就從第一朵烏云中降生了量子論，緊接著（1905年）從第二朵烏云中降生了相對論。經典物理學的大廈被徹底動搖，物理學發(fā)展到了一個更為遼闊的領域。正可謂“山重水復疑無路， 柳暗花明又一村”。點出課題：我們這節(jié)課就來體驗物理學新紀元的到來能量量子化的發(fā)現(xiàn)（二）進行新課1黑體與黑體輻射教師：在了解什么是黑體與黑體輻射之前，請同學們先閱讀教材，了解一下什么是熱輻射。學生：閱讀教材關于熱輻射的描述。教師：通過課件展示，加深學生對熱輻射的理解。并通過課件展示，使學生進一步了解熱輻射的特點，為黑體概念的提出準備知識。（1）熱輻射現(xiàn)象固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關。例如：鐵塊 溫度 從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色從能量轉化的角度來認識，是熱能轉化為電磁能的過程。（2）黑體教師：除了熱輻射之外，物體表面還會吸收和反射外界射來的電磁波。不同的物體吸收和反射電磁波的能力是不一樣的。黑體模型概念：能全部吸收各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體，稱為絕對黑體，簡稱黑體。教師：課件展示黑體模型。不透明的材料制成帶小孔的的空腔，可近似看作黑體。如圖所示。研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質的基礎。2黑體輻射的實驗規(guī)律教師：引導學生閱讀教材“黑體輻射的實驗規(guī)律”，接合課件展示，講解黑體輻射的實驗規(guī)律。如圖所示。黑體熱輻射的強度與波長的關系：隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加，另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。教師：提出問題，設置疑問。怎樣解釋黑體輻射的實驗規(guī)律呢？在新的理論誕生之前，人們很自然地要依據熱力學和電磁學規(guī)律來解釋。德國物理學家維恩和英國物理學家瑞利分別提出了輻射強度按波長分布的理論公式。結果導致理論與實驗規(guī)律不符，甚至得出了非?；闹嚨慕Y論，當時被稱為“紫外災難”。課件展示：瑞利-金斯線。見課件。0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K實驗結果3能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)教師：利用已有的理論解釋黑體輻射的規(guī)律，導致了荒謬的結果。必然會促使人們去發(fā)現(xiàn)新的理論。這就是能量子概念。1900年，德國物理學家普朗克提出能量量子化假說：輻射黑體分子、原子的振動可看作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，諧振子的能量并不象經典物理學所允許的可具有任意值。相應的能量是某一最小能量（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：， 1，2，3，. n，n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。對于頻率為的諧振子最小能量為這個最小能量值，就叫做能量子課件展示：普朗克的能量子假說和黑體輻射公式（1）黑體輻射公式1900.10.19 普朗克在德國物理學會會議上提出一個黑體輻射公式普朗克后來又為這種與經典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經過十多年的努力證明任何復歸于經典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅定地相信h的引入確實反映了新理論的本質。1918年普朗克榮獲了諾貝爾物理學獎。他的墓碑上只刻著他的姓名和黑體輻射的研究卓有成效地展現(xiàn)在人們的眼前，紫外災難的疑點找到了，為人類解決了一大難題。使熱愛科學的人們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤之爭就此平息了嗎？沒有。物理難題：1888年，霍瓦(Hallwachs)發(fā)現(xiàn)一個帶負電的金屬板被紫外光照射會放電。近10年以后，1897年，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子 ，此時，人們認識到那就是從金屬表面射出的電子，后來，這些電子被稱作光電子(photoelectron)，相應的效應叫做光電效應。人們本著對光的完美理論（光的波動性、電磁理論）進行解釋會出現(xiàn)什么結果？明天，我們就繼續(xù)學習“科學的轉折：光的粒子性”（三）課堂小結教師活動：讓學生概括總結本節(jié)的內容。請一個同學到黑板上總結，其他同學在筆記本上總結，然后請同學評價黑板上的小結內容。學生活動：認真總結概括本節(jié)內容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。點評：總結課堂內容，培養(yǎng)學生概括總結能力。教師要放開，讓學生自己總結所學內容，允許內容的順序不同，從而構建他們自己的知識框架。（四）作業(yè)：“問題與練習”1、2、3題教學體會思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學生能力的關鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。172 科學的轉折：光的粒子性新課標要求（一）知識與技能1通過實驗了解光電效應的實驗規(guī)律。2知道愛因斯坦光電效應方程以及意義。3了解康普頓效應，了解光子的動量（二）過程與方法經歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應用科學探究的方法研究物理問題，驗證物理規(guī)律。（三）情感、態(tài)度與價值觀領略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。教學重點 光電效應的實驗規(guī)律教學難點 愛因斯坦光電效應方程以及意義教學方法 教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。教學用具： 投影片，多媒體輔助教學設備課時安排 2 課時教學過程（一）引入新課提問：回顧前面的學習，總結人類對光的本性的認識的發(fā)展過程？（多媒體投影，見課件。）學生回顧、思考，并回答。教師傾聽、點評。光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光是電磁波，光的偏振現(xiàn)象進一步說明光還是橫波。19世紀60年代，麥克斯韋又從理論上確定了光的電磁波本質。然而，出人意料的是，正當人們以為光的波動理論似乎非常完美的時候，又發(fā)現(xiàn)了用波動說無法解釋的新現(xiàn)象光電效應現(xiàn)象。對這一現(xiàn)象及其他相關問題的研究，使得人們對光的又一本質性認識得到了發(fā)展。（二）進行新課1光電效應教師：實驗演示。（課件輔助講述）用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導線與不帶電的驗電器相連），使驗電 器張角增大到約為 30度時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗電器的指針張角會變大。學生：認真觀察實驗。教師提問：上述實驗說明了什么？學生：表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電。概念：在光(包括不可見光)的照射下，從物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應。發(fā)射出來的電子叫做光電子。2光電效應的實驗規(guī)律（1）光電效應實驗如圖所示，光線經石英窗照在陰極上，便有電子逸出-光電子。光電子在電場作用下形成光電流。概念：遏止電壓將換向開關反接，電場反向，則光電子離開陰極后將受反向電場阻礙作用。當 K、A 間加反向電壓，光電子克服電場力作功，當電壓達到某一值 Uc 時，光電流恰為0。 Uc稱遏止電壓。根據動能定理，有（2）光電效應實驗規(guī)律 光電流與光強的關系飽和光電流強度與入射光強度成正比。 截止頻率c -極限頻率對于每種金屬材料，都相應的有一確定的截止頻率c 。 當入射光頻率c 時，電子才能逸出金屬表面；當入射光頻率 c時，無論光強多大也無電子逸出金屬表面。 光電效應是瞬時的。從光開始照射到光電子逸出所需時間10-9s。3光電效應解釋中的疑難經典理論無法解釋光電效應的實驗結果。經典理論認為，按照經典電磁理論，入射光的光強越大，光波的電場強度的振幅也越大，作用在金屬中電子上的力也就越大，光電子逸出的能量也應該越大。也就是說，光電子的能量應該隨著光強度的增加而增大，不應該與入射光的頻率有關，更不應該有什么截止頻率。光電效應實驗表明：飽和電流不僅與光強有關而且與頻率有關，光電子初動能也與頻率有關。只要頻率高于極限頻率，即使光強很弱也有光電流；頻率低于極限頻率時，無論光強再大也沒有光電流。光電效應具有瞬時性。而經典認為光能量分布在波面上，吸收能量要時間，即需能量的積累過程。為了解釋光電效應，愛因斯坦在能量子假說的基礎上提出光子理論，提出了光量子假設。4愛因斯坦的光量子假設（1）內容光不僅在發(fā)射和吸收時以能量為h的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時也是如此。也就是說，頻率為 的光是由大量能量為 E =h的光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速 c 運動。（2）愛因斯坦光電效應方程在光電效應中金屬中的電子吸收了光子的能量，一部分消耗在電子逸出功W0，另一部分變?yōu)楣怆娮右莩龊蟮膭幽?Ek 。由能量守恒可得出：W0為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功Wk為光電子的最大初動能。（3）愛因斯坦對光電效應的解釋：光強大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。電子只要吸收一個光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時間的累積。 從方程可以看出光電子初動能和照射光的頻率成線性關系從光電效應方程中，當初動能為零時，可得極限頻率：愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應，但當時并未被物理學家們廣泛承認，因為它完全違背了光的波動理論。5光電效應理論的驗證美國物理學家密立根，花了十年時間做了“光電效應”實驗，結果在1915年證實了愛因斯坦光電效應方程，h 的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。展示演示文稿資料：愛因斯坦和密立根由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應的實驗規(guī)律，榮獲1921年諾貝爾物理學獎。密立根由于研究基本電荷和光電效應，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學獎。點評：應用物理學家的歷史資料，不僅有真實感，增強了說服力，同時也能對學生進行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和科學精神，激發(fā)學生的探索精神。例題 （教材36頁）學生通過運算得出相應的正確結果。點評：理論聯(lián)系實際，適量的練習題可以進一步鞏固和掌握所學理論知識。6光電效應在近代技術中的應用（1）光控繼電器可以用于自動控制，自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等。（2）光電倍增管可對微弱光線進行放大，可使光電流放大105108倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。7康普頓效應（1）光的散射光在介質中與物質微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。（2）康普頓效應1923年康普頓在做 X 射線通過物質散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關，而與入射線波長 和散射物質都無關。（3）康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：按經典電磁理論：如果入射X光是某種波長的電磁波，散射光的波長是不會改變的！散射中出現(xiàn)的現(xiàn)象，稱為康普頓散射?？灯疹D散射曲線的特點： 除原波長外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長 新波長隨散射角的增大而增大。波長的偏移為波長的偏移只與散射角有關，而與散射物質種類及入射的X射線的波長無關， = 0.0241=2.4110-3nm（實驗值）稱為電子的Compton波長只有當入射波長與可比擬時，康普頓效應才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。（4）經典電磁理論在解釋康普頓效應時遇到的困難根據經典電磁波理論，當電磁波通過物質時，物質中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應等于入射光頻率。無法解釋波長改變和散射角的關系。（5）光子理論對康普頓效應的解釋若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。 若光子和束縛很緊的內層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，由于光子質量遠小于原子質量，根據碰撞理論， 碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關，所以波長改變和散射角有關。（6）康普頓散射實驗的意義有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設； 首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設；證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，動量和能量守恒定律仍然是成立的。展示演示文稿資料：康普頓康普頓的成功也不是一帆風順的，在他早期的幾篇論文中，一直認為散射光頻率的改變是由于“混進來了某