第六节多普勒效应
一、重点难点剖析：
1、多普勒效应定义：由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象，叫做多普勒效应。
2、多普勒效应的特性：
(1)发生多普勒效应的波源的频率并不发生改变。
(2)产生多普勒效应的原因是波源的接收者与波源之间发生了相对运动。
(3)当按收者与波源相互接近。观察者在单位时间内接收到的波的个数增加频率增大，反之频率减少。
多普勒效应是波特有的现象，不仅机械波，电磁波和光波也能发生多普勒效应。
4、多普勒效应的应用很广泛，如测量流体流速，测人造卫星的高度和运行速度，利用多普勒效应原理研制成功GPS全球卫星定位系统，20世纪前，科学家们发现许多星系谱线有“红移现象”(即整个光谱结构向光谱红色的一端偏移)，可用多普勒效应加以解释：星系远离地球运动，接收到的星光的频率变小，谱线就向频率小(波长变大)的红端移动，科学家还从红移的大小算出这种远离运动的速度，这种现象，是证明宇宙在膨胀的一个有力证据。
二、典型例题解析：
例1：解释：站在铁道旁的观察者听到火车的鸣笛声的音调在变化。
解析：这是一种日常生活中能遇到的物理现象，这一现象叫多普勒效应。音调的高低是由振动体的振动频率决定的。当接收者在单位时间里接收到波的个数增加时，音调变高。反之则音调变低。
解答：当火车向着观察者高速驶来，观察者在单位时间里接收到汽笛波的个数增加，所以音调变高，当火车远离观察者时，观察者在单位时间里按收到汽笛波的个数减少，所以音调变低。
解后反思：这是多普勒效应的典型例子，在日常生活火车、飞机、飞行的炮弹等高速运动的物体都能发生明显的多普勒效应。如果物体运动速度较小，多普勒效应就不会明显，例如靠站的公共汽车的鸣笛声。
例2：某人造地球卫星发射波的频率为108Hz，地面观测所接收到的频率减小了2400Hz.,试问人造地球卫星在远离地球还是在接近
地球？
解析：根据多普勒效应，当波源靠近接收者时，在单位时间接收到的波的个数增加，反之减少，由此判断这颗人造地球卫星在远离地球？
解答：根据多普勒效应，可判定卫星在远离地球，
解后反思：一切波都具有多普勒效应，相对运动速度大小是多普勒效应明显与不明显的原因。
例3:例右图，表示一个机械波源O做匀速运动的情况，图中圆表示相同位的
波峰，则接收频率最低的点是，接收频率相同的点是。
解析：根据波面的挤拢和远离的情况，可判定波源在向左作匀速运动。往A
点方向波面挤压的最厉害，接收者感觉到波长最小，
同理B点接收者感觉到的波长最大；由于波速由传播介质决定，并不因为波
源的运动而改变，所以A点接收到的频率最高，B 点接收到的频率最低。往
C、D两点的方向，波面传播的情况相同，因此接收到的频率相同。
解答：应依次填入B、A、C、D。
解答反思：波形被压缩在单位时间内按收波的个数就多。
例4：一个观察者站在铁路近旁，当火车迎面驶来时，他听到的火车汽笛声的频率为f1=440Hz；当火车驶过他身旁后，他听到的汽笛声的频率降为f2=392Hz；；己知大气中声速为v＝330m /s，求火车的速度u是多少？
解析：观察者不动，火车鸣汽笛迎面驶来，声源向观察者移近，观察者感觉到的频率变为f1＝. 当火车驶过后，声源远离观察者而去，观察者拉收到的频率(变小)为f2＝.两式中的为汽笛声的频率，是不
变的。二式联立解得火车的速度为u =×330m/s = 19m/s.
解后反思：根据所学知识定量计算是力的体现。
观察者接收到的频率与波源发出的频率之间的关系：当波源和观察者有相对运动时，若二者相互接近，则观察者接收到的频率增大；若二者彼此远离，岀观察者接收到的频率减小。(若
二者相对介质没有运动，则观察者接收到的频率等于波源的频率)。
(1)若观察者R静止，波源S以速度v1向观察者靠近，因波的传播速度v与波
源的运动无关，而波源S每发出一个完全波就向R移近了v1T，如甲图所示，
故对R来说，波长缩短了v1T，即λ′=λ－v1
T= v/f-v1/f=(v-v)/f。观察者接收(感觉)到的频率为
此式表明：当S 向R 运动时，接收到的频率增大。同理可知，当波源远离观察者运动时，观察者接收到的频率减小,.
(2)若波源S 不动，观察者R 以速度v 2 向S 运动，经时间t 从A 点向S 运动了v 2t 的距离，同时波背着波源S 传播了vt ，如图乙所示，对观察者R 来说，R 感觉到的频率(即通过它的波的个数)为
.
此式表明：当观察者向波源运动时，观察者接收的频率增大。同理可知，当观
察者远离S 运动时，接收的频率减小，
(3) 若波源以速度v 1观察者以速度v 2同时相对介质运动，则观察者接收到的频率为
，相互执着近时v 1 、v 2 取正号，相互远离了负号，v 为
波在介质中的传播速度。
例5：图5-甲 是在高速公路上用超声波测速的
示意图，测速仪发出并接收超声波脉冲信号，根
据发出和接收到的信号间的时间差，测出被测物
体的速度，上图B 中P 1、P 2测速仪发出的超声
波信号，n 1、n 2分别是P 1、P 2汽车反射回来的信
号，设测速仪匀速扫描，P 1、P 2间的时间间隔△
t =1.0s 超声波在空中传播的速度是v =340m/s,若汽车是匀速行驶的，则根据B 图可知，汽车在接收到P 1、
P 2个信号之间的时间内前进了距离是多少？汽车的速度是多少？ 解析：设脉冲信号P 1和车相遇时，车距离测速仪为s 1，脉冲信号P 2车相遇时，车距离测速仪为S ，两脉冲信号P 1、n 1间的时间
t 1=×1s=0.4s 则s 1=v ·=340×m=68m ，两脉冲信号P 2、n 2间的时间t 1=×1s=0.3s,则s 2=v ·=340×m=51m 汽车在接收到的两信号间前进的距离s =s 1-s 2=68m-51m=17m 。
图5-甲
P1脉冲和车相映时刻为=0.2s,P2脉冲和车相遇时为△t+=1.15s则时间间隔
t=1.15s－0.2s=0.95s. v车==m/s
图5-乙
说明：本题是声波的传播和物体运动的一道综合题目，也是超声波在实际中的一个重要应用，解题的关键是要掌握超声波的测速原理，弄清发出的超声波和接收到的超声波在屏幕上显示的时间，超声波和车相遇的时刻在发出脉冲和反射脉冲信号的中点。
三、同步练习测试
1、公路巡警开车在高速公路上以100km/h的恒定速度巡查，在同一车道上巡警车向前方的一辆轿车发出一个已知频率的电磁波，如果该电磁波被那辆轿车反射回来时，巡警车接收到的电磁波频率比发出时低，说明那辆轿车的车速( )
A、高于100km/h
B、低于100km/h
C、等于100km/h
D、无法确定。
2、操纵者在圆心听到航模飞机发动机的声音是平稳不变的，场边观察者听到的声音却忽高忽低呈周期性变化，这是( )
A、声波的反射现象
B、声波的衍射现象
C、声波的干涉现象
D、声波的多普勒效应
3、下面的应用，利用了多普勒效应的是( )
A、利用地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对地球的运动速度
B、交通警察向行进中的汽车发出一个已知频率的电磁波，波被运动的汽车反射回来，根据接收到的频率发生的变化，来判断汽车的速度，以便于进行交通管理
C、铁路工人用耳朵贴在铁轨上可判断出火车的运行情况。
D、有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声判断出炮弹是接近还是远去。
4、如图表示产生机械波的波源O做匀速运动的情况，图中的圆表示波峰。
(1)该图表示的是( )
A、干涉现象
B、衍射现象
C、反射现象
D、多普勒效应
(2)波源正在移向( )
A、A点
B、B点
C、C点
D、D点
(3)观察到的波的频率最低的点是( )
实验名称：光电效应实验 专业班级：核工程实验日期： 2012 年 5 月 25 日 姓名：学号： 光电效应实验简介： 当光照在物体上时，光的能量仅部分的以热的形式为物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子溢出物体表面，这种效应称为光电效应，溢出的电子称为光电子。根据爱因斯坦理论，每个光子的能量为其中h为普朗克常数，是近代量子物理中的重要常数。而本实验就是利用光电效应法来测得普朗克常数。 一．实验目的： 1．了解光电效应的基本规律。 2. 验证爱因斯坦光电方程。 3．熟悉普朗克常数测定仪的操作比并用光电效应方法测量普朗克常数。 二．实验仪器： 包括GD-5光电管、单色仪、水银灯、检流计、直流电源、直流电压表、滑线变阻器、临界电阻箱。 三．实验步骤： 1．连接电路 根据测量光电管正向特性的电路图将实验电路接好；根据测量光电管反向特性的电路图将实验电路接好。 线路连接好后，鼠标右键单击，弹出主菜单，选中接线检查。若连线正确，就可以正式开始实验，否则需要继续连线。 2．调整仪器 通过接线检查后，双击各仪器弹出其放大窗口，调整该仪器。 （1）检流计的调零。 （2）临界电阻箱的调节。 （3）调节单色仪，得到合适波长的单色光，实验中将用到5770埃、5461埃、4358埃、4047埃四种波长的单色光。
四．测量内容及数据处理： （1）分别对四种波长的光进行实验，得到光电管在各种波长的单色光照射下的正向、反向电压特性，一共八组数据，记录在表格中。 5770埃正向伏安特性： 5770埃反向伏安特性： 5461埃正向伏安特性：
5461埃反向伏安特性： 4358埃正向伏安特性： 4358埃反向伏安特性：
《光的粒子性第一课时：光电效应》教学设计 一、教材分析 1、组成成分及地位和作用 《光的粒子性》是高中新教材人教版选修3-5第十七章《波粒二象性》的第二节内容，内容旨在第一节《能量量子化》内容的基础上，通过光电效应和康普顿效应分别说明光子既具有能量又具有动量，进而说明光具有粒子性。本节课选择讲授第一部分，即光电效应的部分。由光电效应的提出、光电效应的实验规律、爱因斯坦的光电效应方程三部分组成。本节课的内容在物理学的发展史上具有里程碑式的意义，从这里人们开始认识到光的粒子性，并且更多的科学家接受了量子的观点，为近代物理学的发展打下了坚实的基础。 二、学情分析 1、已有的认知水平 学生经过了选修3-4教材有关机械波和光学的学习，已经知道光具有干涉、衍射现象，光的电磁波本质，对光的波动性有了较为深入的了解，也可以说对于经典理论中的光的性质有了较深的印象。同时在本章第一节，学生初步有了能量子的概念。基于以上分析，根据学生已经具备的知识以及现阶段学生的能力，学生完全可以在教师的引导下完成本节课的学习。 2、学习中的困难 本节课的难点就在于摆脱经典理论对思维的束缚，打破由光的干涉、衍射建立起来的“光是一种波，只具有波动性”的固有印象，接受光量子说，并将光量子的观点应用到解释光电效应和康普顿效应中。 三、教学目标分析 根据学生的认知水平和教科书的内容，确立本节课的教学目标为： （1）了解光电效应及其实验规律，感受以实验为基础的科学研究方法 （2）了解爱因斯坦光电效应方程及其意义，感受科学家在面对科学疑难时的创新精神 四、教学重点、难点分析
（2）爱因斯坦光电效应方程 ?教学难点：（1）经典理论在解释光电效应问题时的困难 （2）爱因斯坦光电效应方程如何完整的解释光电效应现像 五、学法与教法分析 ?学法分析 根据学生的实际情况，我将“如何应用知识分析实际问题并进行逐步研究”作为本节课学法指导的重点。在教学中，充分发挥学生的主观能动性，通过分析光电效应的研究过程中遇到的每个问题，感受科学研究的过程，锻炼理论分析能力、知识应用能力。 ?教法分析 （1）启发式教学方法。通过对于物理学史的分析，启发学生思考光电效应从发现现象到探索规律整个过程中的重要问题、观察实验现象，让学生感受科学研究的过程。 （2）实验与理论相结合。实验与理论结合教学让学生认识到实验在物理学发展过程中的作用（3）培养学生的科学情怀。简介光电效应研究过程做出贡献的科学家，使学生体会科学家们探索科学问题的伟大历程 六、教学资源设计 电脑、多媒体辅助教学、毛皮与橡胶棒、锌版、验电器、光电效应演示器、强光手电、滤光片 七、教学过程设计
第六节多普勒效应 一、重点难点剖析： 1、多普勒效应定义：由于波源和观察者之间有相对运动，使观察者感到频率发生变化的现象，叫做多普勒效应。 2、多普勒效应的特性： (1)发生多普勒效应的波源的频率并不发生改变。 (2)产生多普勒效应的原因是波源的接收者与波源之间发生了相对运动。 (3)当按收者与波源相互接近。观察者在单位时间内接收到的波的个数增加频率增大，反之频率减少。 多普勒效应是波特有的现象，不仅机械波，电磁波和光波也能发生多普勒效应。 4、多普勒效应的应用很广泛，如测量流体流速，测人造卫星的高度和运行速度，利用多普勒效应原理研制成功GPS全球卫星定位系统，20世纪前，科学家们发现许多星系谱线有“红移现象”(即整个光谱结构向光谱红色的一端偏移)，可用多普勒效应加以解释：星系远离地球运动，接收到的星光的频率变小，谱线就向频率小(波长变大)的红端移动，科学家还从红移的大小算出这种远离运动的速度，这种现象，是证明宇宙在膨胀的一个有力证据。 二、典型例题解析： 例1：解释：站在铁道旁的观察者听到火车的鸣笛声的音调在变化。 解析：这是一种日常生活中能遇到的物理现象，这一现象叫多普勒效应。音调的高低是由振动体的振动频率决定的。当接收者在单位时间里接收到波的个数增加时，音调变高。反之则音调变低。 解答：当火车向着观察者高速驶来，观察者在单位时间里接收到汽笛波的个数增加，所以音调变高，当火车远离观察者时，观察者在单位时间里按收到汽笛波的个数减少，所以音调变低。 解后反思：这是多普勒效应的典型例子，在日常生活火车、飞机、飞行的炮弹等高速运动的物体都能发生明显的多普勒效应。如果物体运动速度较小，多普勒效应就不会明显，例如靠站的公共汽车的鸣笛声。 例2：某人造地球卫星发射波的频率为108Hz，地面观测所接收到的频率减小了2400Hz.,试问人造地球卫星在远离地球还是在接近 地球？ 解析：根据多普勒效应，当波源靠近接收者时，在单位时间接收到的波的个数增加，反之减少，由此判断这颗人造地球卫星在远离地球？
光电效应波粒二象性 知识梳理 知识点一、光电效应 1．定义 照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。 2．光电子 光电效应中发射出来的电子。 3．研究光电效应的电路图(如图1)： 图1 其中A是阳极。K是阴极。 4．光电效应规律 (1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应。低于这个频率的光不能产生光电效应。 (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大。 (3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9s。 (4)当入射光的频率大于极限频率时，饱和光电流的强度与入射光的强度成正比。 知识点二、爱因斯坦光电效应方程 1．光子说 在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝hν。其中h＝6.63×10－34J·s。(称为普朗克常量) 2．逸出功W0 使电子脱离某种金属所做功的最小值。 3．最大初动能 发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值。
4．遏止电压与截止频率 (1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U c 。 (2)截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)。不同的金属对应着不同的极限频率。 5．爱因斯坦光电效应方程 (1)表达式：E k ＝h ν－W 0。 (2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是h ν，这些能量的一部分用 来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后光电子的最大初动能E k ＝12m e v 2。 知识点三、光的波粒二象性与物质波 1．光的波粒二象性 (1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有波动性。 (2)光电效应说明光具有粒子性。 (3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的波粒二象性。 2．物质波 (1)概率波 光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率大的地方，暗条纹是光子到达概率小的地方，因此光波又叫概率波。 (2)物质波 任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝h p ，p 为运动物体的动量，h 为普朗克常量。 考点精练 考点一 光电效应现象和光电效应方程的应用 1．对光电效应的四点提醒 (1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率。 (2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光。 (3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关。 (4)光电子不是光子，而是电子。 2．两条对应关系 (1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；
12.5 新提升·课时作业 基础达标 1．(多选)下列哪些现象是多普勒效应引起的( ) A．远去的汽车声音越来越小 B．炮弹迎面飞来，声音刺耳 C．火车离你而去，音调变低 D．大风中，远处人的说话声时强时弱 【解析】听到的音调变化才是多普勒效应，BC正确． 【答案】BC 2．医院有一种先进的检测技术——彩超，向病人体内发射频率已精确掌握的超声波．超声波经血液反射后被专用仪器接收，测出反射波的频率变化，就可以知道血液的流速．这一技术主要体现了哪一种物理现象( ) A．多普勒效应 B．波的衍射 C．波的干涉 D．共振 【解析】彩超是利用超声波的多普勒效应而制成的仪器． 【答案】 A 3．一列正在鸣笛的火车，高速通过某火车站站台的过程中，该火车站站台中部的工作人员听到笛声的频率( ) A．变大 B．变小 C．先变大后变小 D．先变小后变大 【解析】火车高速通过站台的过程中，就是先靠近站台，再远离站台．所以工作人员听到笛声的频率先变大后变小，因此本题的正确答案选C. 【答案】 C 4．蝙蝠在洞穴中飞来飞去时，它利用超声脉冲导航非常有效．这种超声脉冲是持续1 ms或不到1 ms 的短促发射，且每秒重复发射几次．假定蝙蝠的超声脉冲发射频率为39 000 Hz，在一次正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，则下列判断正确的是( ) A．墙壁接收到超声脉冲频率等于39 000 Hz B．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于墙壁接收的频率 C．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于墙壁接收的频率 D．蝙蝠接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率等于39 000 Hz 【解析】由于蝙蝠向墙壁靠近，所以墙壁接收的频率大于39 000 Hz，蝙蝠接收到墙反射的频率也大于墙接收的频率． 【答案】 C 5．下面描述没有利用多普勒效应的是( ) A．利用在地球上接收到遥远天体发出的光波的频率来判断遥远天体相对于地球的运动速率 B．交通警察向行驶中的汽车发射一个已知频率的超声波，波被运动的汽车反射回来，根据接收到的波的频率发生的变化，就知道汽车的速度，以便于进行交通管理 C．铁路工人用耳贴在铁轨上可判断火车的运动情况 D．有经验的战士从炮弹飞行的尖叫声可判断飞行的炮弹是接近还是远去 【解析】凡是波都具有多普勒效应，因此利用光波的多普勒效应便可以测定遥远星体相对地球运动的速率；被反射的超声波，相当于一个运动的物体发出的超声波，其频率发生变化，由多普勒效应的计算公式可以求出运动物体的速；铁路工人是根据振动的强弱而对列车的运动做出判断的；炮弹飞行，与空气摩擦产生声波，人耳接收到的频率与炮弹的相对运动方向有关，故只有选项C不是利用多普勒效应．【答案】 C 6．频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动．以u表示声源的速度，v表示声波的速度(u 光电效应 一、选择题 1.用如图所示装置做光电效应实验，下述正确的是（） A. 光电效应现象是由爱因斯坦首先发现的 B. 实验现象揭示了光具有波动性 C.实验中，光电子从锌板逸出，验电器带正电 D. 实验中，若用可见光照射锌板，也能发生光电效应【答案】C 【解析】【详解】A、光电效应是由赫兹首先发现的，故A错误．B、光电效应现象揭示 了光具有粒子性，故B错误．C、光电效应现象中，光电子从锌板逸出，验电器带正电，故C正确．D、光电效应中应该用紫外线照射锌板，当用可见光时，频率降低，小于极限频率，则不满足光电效应反生条件．故D错误．故选C． 2.如图所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能E k 与入射光频率v 的关系图象，由图象可知，下列不正确的是 A. 图线的斜率表示普朗克常量h B. 该金属的逸出功等于E C. 该金属的逸出功等于hv 0 D. 入射光的频率为2v 0时，产生的光电子的最大初动能为2E 【答案】D 【解析】 A 、根据光电效应方程0 k h E W -=υ ，知图线的斜率表示普朗克常量h ，故A 正确；B 、根据光电效应方程，当0=υ时，k 0E W =-，由图象知纵轴截距E -， 所以0W E =，即该金属的逸出功E ，故B 正确；C 、图线与υ轴交点的横坐标是0 υ，0k h E W -=υ该金属的逸出功0h υ，故C 正确；D 、当入射光的频率为02υ时，根据光电效应方程可知，E h h ==-?=0 00k 2h E υυυ，故D 错误；本题选错误的故选D ． 3.如图所示，是研究光电效应的电路图，对于某金属用绿光照射时，电流表指针发生偏转．则以下说法正确的是（） A. 将滑动变阻器滑动片向右移动，电流表的示数一定增大 B. 如果改用紫光照射该金属时，电流表无示数 C. 将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，电流表的示数一定增大 D. 将电源的正负极调换，仍用相同的绿光照射时，将滑动变阻器滑动片向右移动一些，电流表的读数可能不为零 【答案】D 【详解】A．滑动变阻器滑片向右移动，电压虽然增大，但若已达到饱和电流，则电流表的示数可能不变，故A错误； B．如果改用紫光照射该金属时，因频率的增加，导致光电子最大初动能增加，则电流表一定有示数，故B错误； C．将K极换成逸出功小的金属板，仍用相同的绿光照射时，则光电子的最大初动能增加，但单位时间里通过金属表面的光子数没有变化，因而单位时间里从金属表面逸出的光电子数也不变，饱和电流不会变化，则电流表的示数不一定增大，故C错误； 多普勒效应实验报告 学院化学与生物工程学院班级化学1701 学号姓名 一、实验目的与实验仪器 实验目的 1、了解多普勒效应原理，并研究相对运动的速度与接收到的频率之间的关系。 2、利用多普勒效应，研究做变速运动的物体其运动速度随时间的变化关系，以及机械 能转化的规律。 实验仪器 ZKY-DPL-3多普勒效应综合实验仪、电子天平、钩码等。 二、实验原理 （要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） 1、声波的多普勒效应 当声源相对介质静止不动时，声波的频率f0，波长λ0以及波速U0表示为 f0=U0/λ0 则观测频率f、观测波长λ和观测波速U的关系 f=U/λ 当接收器以一定的速率向声源移动时U=U0+V0，则 f=（U0+V0）/λ０ 联立，得f=（U0+V0）/λ０=（f0λ0）/λ0=（1+V/U0）f0 当声源以一定的速率向接收器移动时V =U0-V0，则 f’=U’/λ’=U0/( U0-V0)/T= U0/( U0-V0) f 当声源与接收器运动如图时 f=（U0+V1COSθ１）/( U0-V2 COSθ２) 2、马赫锥 ａ＝arcsin（U０／V０）＝arcsin（１／M） U０为波速，V为飞行器速率，ａ为马赫角，M为Ｖ／Ｕ０马赫数 3、天文学中的多普勒效应 观察两波面的时间 ｔ＝（λｃ／（C+Vｃ））／（１／（１－Ｖ２ｃ／Ｃ２ｃ）１／２） ＝（１－Ｖ２ｃ／Ｃ２ｃ）１／２／（（１＋Ｖｃ／Ｃｃ）ｆｃ） 三、实验步骤 （要求与提示：限400字以内） １、超声波的多普勒效应 （１）、组装仪器 （２）、打开实验控制箱，调至室温，记录共振频率ｆ０ （３）、选择多普勒效应验证实验 （４）、修改测试总数 （５）、为仪器充电，确定失锁指示灯处于灯灭状态 （６）、选定滑车速率，开始测试 （７）、选择存入或者重测 （８）、重新选择速度，重复（６）、（７） （９）、记录实验数据 ２、用多普勒效应研究恒力下物体的运动规律 （１）、测量钩码质量和滑车质量 （２）、连接仪器 （３）、选中变速运动测量 （４）、修改测量总次数 （５）、选中开始测试，立即松开钩码 （６）、记录测量数据 （７）、改变砝码质量，重复（１）到（６） 四、数据处理 （要求与提示：对于必要的数据处理过程要贴手算照片） 表4.12-1 多普勒效应的验证与声速的测量 t c = 24 ℃f0 = 40001 Hz 次数i 1 2 3 4 5 v/(m/s) 0.41 0.59 0.75 0.87 0.98 Fi/Hz 40049 40070 40089 40103 40116 练习二十一光电效应康普顿效应 一、选择题 1. 已知一单色光照射在钠表面上，测得光电子的最大动能是1.2eV，而钠的红限波长是540nm，那么入射光的波长是 (A) 535nm。 (B) 500nm。 (C) 435nm。 (D) 355nm。 2. 光子能量为0.5MeV的X射线，入射到某种物质上而发生康普顿散射。若反冲电子的动能为0.1MeV，则散射光波长的改变量?λ与入射光波长λ0之比值为 (A) 0.20。 (B) 0.25。 (C) 0.30。 (D) 0.35。 3. 用频率为ν的单色光照射某种金属时，逸出光电子的最大动能为E k，若改用频率为2ν的单色光照射此种金属，则逸出光电子的最大动能为 (A)hν+E k。 (B) 2hν?E k。 (C)hν?E k。 (D)2E k。 4. 下面这此材料的逸出功为：铍，3.9eV；钯， 5.0eV；铯，1.9eV；钨，4.5eV。要制造能在可见光(频率范围为3.9×1014Hz－7.5×1014Hz)下工作的光电管，在这此材料中应选： (A)钨。 (B)钯。 (C)铯。 (D)铍。 5. 光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程。对此过程，在以下几种理解中，正确的是： (A) 光电效应是电子吸收光子的过程，而康普顿效应则是光子和电子的弹性碰撞过程。 (B) 两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程。 (C) 两种效应都属于电子吸收光子的过程。 (D) 两种效应都是电子与光子的碰撞，都服从动量守恒定律和能量守恒定律。 6. 一般认为光子有以下性质 (1) 不论在真空中或介质中的光速都是c； (2) 它的静止质量为零； (3) 它的动量为hν/c2； (4) 它的动能就是它的总能量； (5) 它有动量和能量，但没有质量。 以上结论正确的是 (A)(2)(4)。 (B)(3)(4)(5)。 (C)(2)(4)(5)。 (D)(1)(2)(3)。 7. 某种金属在光的照射下产生光电效应，要想使饱和光电流增大以及增大光电子的初动能，应分别增大照射光的 实验题目:光电效应测普朗克常量 实验目的: 了解光电效应的基本规律。并用光电效应方法测量普朗克常量和测定光电管的光电特性曲线。 实验原理: 当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分 则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电 效应，逸出的电子称为光电子。 光电效应实验原理如图1所示。 1． 光电流与入射光强度的关系 光电流随加速电位差U 的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后， 光电流达到饱和值和值I H ，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。 当U= U A -U K 变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差U a 存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。 2． 光电子的初动能与入射频率之间的关系 光电子从阴极逸出时，具有初动能，在减速电压下，光电子逆着电场力方向由K 极向A 极运动。当U=U a 时，光电子不再能达到A 极，光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电场力作用的功。即 a eU mv 2 2 1 (1） 每一光子的能量为hv ，光电子吸收了光子的能量hν之后，一部分消耗于克服电子的逸出功A，另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知:A mv hv 2 2 1 （2） 由此可见，光电子的初动能与入射光频率ν呈线性关系，而与入射光的强度无关。 3． 光电效应有光电存在 实验指出，当光的频率0v v 时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据式（2）， h A v 0，ν0称为红限。 由式（1）和（2）可得：A U e hv 0，当用不同频率（ν1，ν2，ν3，…，νn ）的单色光分 别做光源时，就有:A U e hv 11,A U e hv 22,…………,A U e hv n n , 高中物理-多普勒效应练习 一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题) 1．关于多普勒效应，下列说法中正确的是( C ) A．多普勒效应是由波的干涉引起的 B．多普勒效应说明波源的频率发生变化 C．多普勒效应是由于波源与观察者之间有相对运动而产生的 D．只有声波才可以产生多普勒效应 解析：在多普勒效应中，波源的频率是不改变的，只是由于波源和观察者之间有相对运动，观察者感到频率发生了变化。多普勒效应是波动过程共有的特征，电磁波和光波也会发生多普勒效应。故选项C正确。 2．上课时老师将一蜂鸣器固定在教鞭一端，然后使蜂鸣器迅速水平旋转，蜂鸣器音调竟然忽高忽低变化，下列判断正确的是( B ) A．旋转时蜂鸣器发声的频率变化了 B．由于旋转，改变了同学们听到的声音频率 C．蜂鸣器音调变高时，一定是向远离观察者的方向运动 D．音调的忽高忽低是由波的干涉造成的 解析：旋转时蜂鸣器发声的频率没有变化，故A错误；旋转过程中，声源(蜂鸣器)与观察者(同学们)的距离有时近，有时远，发生多普勒效应，蜂鸣器发出声波的频率不变，只是同学们感觉到的声音频率变化了，故B正确，D错误，当其远离观察者时，听到声音的频率变小即音调变低，故C错误。 3．轮船在进港途中的x－t图象如图所示，则在港口所测到轮船上雾笛发出声音的频率是图中的哪一个( A ) 解析：匀速靠近港口的过程中，测量到的频率不随时间变化，但速度大时频率大，由x－t 图象可知，轮船靠近港口时三段时间内的速度v1>v3>v2，可知f1>f3>f2，故A正确。 4．(·江苏高考)一渔船向鱼群发出超声波，若鱼群正向渔船靠近，则被鱼群反射回来的超声波与发出的超声波相比( BC ) A．波速变大B．波速不变 C．频率变高D．频率不变 解析：渔船与鱼群相互靠近，被鱼群反射回来的超声波的速度大小不变；由多普勒效应知，反射回来的超声波的频率变高。故选项B、C正确。 5．(北京大学附中河南分校高二下学期期中)关于多普勒效应，下列说法中正确的是( BD ) A．只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应 B．当声源静止、观察者运动时，也可以观察到多普勒效应 C．只要声源在运动，观察者总是感到声音的频率变高 D．当声源相对于观察者运动时，观察者听到的声音的音调可能变高，也可能变低 解析：若波源和观察者都同时运动，两者间相对静止时，是不能观察到多普勒效应的，故A 错误；由定义可知，当声源静止、观察者运动时，也可以观察到多普勒效应，故B正确；若声源远离观察者，观察者会感到声音频率变低，故C错误；声源和观察者靠近时，音调会变高；若两者远离，则频率减小音调变低；故D正确。 二、非选择题 6．如图分别反映了飞机以三种速度在空中(不考虑空气的流动)水平飞行时，产生声波的情况。图中一系列圆表示声波的传播情况，A表示飞机的位置。请你利用给出的图，确定飞机飞行速度最大的是__丙___(选填“甲”“乙”或“丙”)。 解析：题图甲中，飞机飞到A点时，声波已传播到前面了，即飞机慢于声音，题图乙中飞机与声音速度相同，题图丙中，飞机运动到A点时，声波还在后面，故飞机运动快于声音。 7．如图所示为由波源S发出的波某一时刻在介质平面中的情形，实线为波峰，虚线为波谷，设波源频率为20Hz，且不运动，而观察者在1 s内由A运动到B，观察者接收到多少个完全波？ 答案：19个 解析：观察者在单位时间内接收到的完全波的个数，就等于观察者接收到的频率。如果观察 大连理工大学 大学物理实验报告 院（系）材料学院专业材料物理班级0705 姓名童凌炜学号200767025 实验台号 实验时间2009 年04 月24 日，第九周，星期五第5-6 节 实验名称光电效应测量普朗克常量和金属逸出功 教师评语 实验目的与要求： 1.通过测量不同频率光照下光电效应的截止电压来计算普朗克常量 2.获得阴极材料的红限频率和逸出功 主要仪器设备： 1.光电效应实验仪（GGQ-50 高压汞灯，GDh-I型光电管电流测量仪） 2.滤光片组（通光中心波长分别为365.0nm, 404.7nm, 435.8nm, 546.1nm, 577.0nm） 3.圆孔光阑Φ=5mm, Φ’=10mm 4.微电流仪 实验原理和内容： 1.理想光电效应 光电效应实验装置如右上图所示，阴极K收到频率为v的单 色光照射时，将有光电子由K逸出到达阳极A，形成回路 电流I，可以由检流计G所检测到。通过V来监控KA两 端的电压变化，结合G所得到的电流值，可以得到U与光电 流I之间的关系，如右下图所示。 根据爱因斯坦的解释，单色光光子的能量为E=hv，金属中的电 子吸收了光子而获得了能量，其中除去与晶格的相互作用和克 服金属表面的束缚（金属的逸出功A ）外， 剩余的便是逸出光电子的动能， 显然仅仅损失了逸出功的光电子具有最大动能： A hv mv M -=2 2 1。 实验中所加的光电管电压U 起到协助光电流I 形成的作用， 当不加电压U 时， 到达阳极的光电子很少， 光电流十分微弱； 当加上正向电压时， 便有更多的光电子到达阳极， 使得I 增大， 而所有的光电子都被吸引到阳极形成电流时， I 到达最大值， 此时再增大U 也不会改变I ， 成为饱 和光电流I M ， 饱和光电流在光频率一定时， 与光照强度成正比。 如果在光电管两极加反向电压便可以组织光电子到达阳极形成光电流， 当反向电压增大到光电流等于零时， 可知光电子的动能在电场的反向作用下消耗殆尽， 有以下关系式：a M eU mv =2 2 1 ， 其中U a 成为截止电压。 结合以上最大动能的表达式可知， e A v e h U a -=， 如左图做出其对应的图像， 可知直线的斜率为 e h k =， 截距为e A U =0。 图中斜线与x 轴的交点对应的频率v0 称为阴极材料的红限频率， 照射光小于这个频率时， 无法产生光电效应（入射光光子能量小于电子的逸出功）。 显然， 通过测量多组v 和Ua ， 便可以通过计算函数表达式而得到A 、h 、v0。 2. 实验中相关影响因素的修正 1， 暗电流修正 暗电流指没有光照时， 由于金属表面的隧道效应、 光电管漏电、 热噪声等原因造成的由K 向A 逸出电子形成的电流。 由于暗电流对截止电压的影响不大， 实验中可以使用无光照测量电流的方法测出暗电流值， 在后期处理中将其剔除。 2， 阳极电流修正 由于KA 两级距离很近， 光照时阳极的材料同样可以发生一定程度的光电效应而发射光电子， 当光电管加的是反向电压时， 就会使阳极光电子到达阴极形成阳极电流。 在U-I 曲线上阳极电流的影响就是使在负向电压区的阴极电流出现负值下沉， 由于阳极光电子数目有限且相比阴 极较少， 故阳极电流很快达到饱和， 可见实验中截止电压对应的实际情况是总体电流趋于反向稳定时的电压值。 2020年高考物理热点题型归纳与精讲-专题31 光电效应 【专题导航】 目录 热点题型一光电效应现象和光电效应方程的应用 (1) 热点题型二光电效应的图象问题 (3) （一）对E k－ν图象的理解 (4) （二）对I－U图象的理解 (5) （三）对Uc－ν图象的理解 (7) 热点题型三对光的波粒二象性的理解 (8) 【题型演练】 (9) 【题型归纳】 热点题型一光电效应现象和光电效应方程的应用 1．对光电效应的四点提醒 (1)能否发生光电效应，不取决于光的强度而取决于光的频率． (2)光电效应中的“光”不是特指可见光，也包括不可见光． (3)逸出功的大小由金属本身决定，与入射光无关． (4)光电子不是光子，而是电子． 2．两条对应关系 (1)光强大→光子数目多→发射光电子多→光电流大； (2)光子频率高→光子能量大→光电子的最大初动能大． 3．定量分析时应抓住三个关系式 (1)爱因斯坦光电效应方程：E k＝hν－W0. (2)最大初动能与遏止电压的关系：E k＝eU c. (3)逸出功与极限频率的关系：W0＝hνc. 4．区分光电效应中的四组概念 (1)光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电；光电子是金属表面受到光照射时发 射出来的电子，其本质是电子． (2)光电子的动能与光电子的最大初动能：电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功，剩余部分转化为光电子的初动能，只有直接从金属表面飞出的光电子才具有最大初动能． (3)光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关． (4)入射光强度与光子能量：入射光强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量． 【例1】(2018·高考全国卷Ⅱ)用波长为300 nm 的光照射锌板，电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28×10 － 19 J ．已知普朗克常量为 6.63×10 －34 J·s ，真空中的光速为3.00×108 m·s － 1.能使锌产生光电效应的单色光的最 低频率约为( ) A ．1×1014 Hz B ．8×1014 Hz C ．2×1015 Hz D ．8×1015 Hz 【答案】B 【解析】设单色光的最低频率为v 0，由E k ＝hv －W 0知E k ＝hv 1－W 0,0＝hv 0－W 0，又知v 1＝c λ，整理得v 0＝ c λ－E k h ，代入数据解得v 0≈8×1014 Hz. 【变式1】．(2019·山东泰安检测)如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K 上时，电 路中有光电流，则 ( ) A ．若增加电路中电源电压，电路中光电流一定增大 B ．若将电源极性反接，电路中一定没有光电流产生 C ．若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K 时，电路中一定没有光电流 D ．若换用波长为λ2(λ2<λ0)的光照射阴极K 时，电路中一定有光电流 【答案】D 【解析】光电流的强度与入射光的强度有关，当光越强时，光电子数目会增多，初始时电压增加光电流可能会增加，当达到饱和光电流后，再增大电压，光电流不会增大，故A 错误；将电路中电源的极性反接，电 第三单元光电效应规律和光电效应方程 (时间：90分钟，满分：100分) 一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分．在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项正确．全部选对的得5分，选对但不全的得3分，有错选或不答的得0分．) 1．下列关于光电效应实验结论的说法正确的是() A．对于某种金属，无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不能产生光电效应B．对于某种金属，无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产生光电效应 C．对于某种金属，超过极限频率的入射光强度越大，所产生的光电子的最大初动能就越大 D．对于某种金属，发生光电效应所产生的光电子，最大初动能与入射光的频率成正比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() 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，一定不发生光电效应 D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大 3．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开了一个角度，如图所示，这时() A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电 C．锌板带负电，指针带正电D．锌板带负电，指针带负电 4．关于光电效应有如下几种叙述，其中叙述正确的是() A．金属的逸出功与入射光的频率成正比 B．饱和光电流与入射光强度有关 C．用不可见光照射金属一定比可见光照射金属产生的光电子的最大初动能要大 D．光电效应几乎是瞬时发生的 5．硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能．若有N个频率为ν的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为(h为普朗克常量)() 一、光电效应和氢原子光谱 知识点一：光电效应现象 1.光电效应的实验规律 (1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能发生光电效应，低于这个极限频率则不能发生光电效应． (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，其随入射光频率的增大而增大． (3)大于极限频率的光照射金属时，光电流强度(反映单位时间内发射出的光电子数的多少)与入射光强度成正比． (4)金属受到光照，光电子的发射一般不超过10－9_s. 2．光子说 爱因斯坦提出：空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，光子具有的能量与光的频率成正比，即：ε＝hν，其中h＝×10－34J·s. 3．光电效应方程 (1)表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0. (2)物理意义：金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电 子的最大初动能E k＝1 2 mv2. 知识点二：α粒子散射实验与核式结构模型 1.卢瑟福的α粒子散射实验装置(如图13－2－1所示) 2．实验现象 绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被撞了回来．如图13－2－2所示． α粒子散射实验的分析图 3．原子的核式结构模型 在原子中心有一个很小的核，原子全部的正电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转． 知识点三：氢原子光谱和玻尔理论 1.光谱 (1)光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录，即光谱． (2)光谱分类 有些光谱是一条条的亮线，这样的光谱叫做线状谱． 有的光谱是连在一起的光带，这样的光谱叫做连续谱． (3)氢原子光谱的实验规律． 巴耳末线系是氢原子光谱在可见光区的谱线，其波长公式1 λ ＝ R(1 22－ 1 n2 )(n＝3,4,5，…)，R是里德伯常量，R＝×107m－1，n为量子 数． 大连理工大学 大 学 物 理 实 验 报 告 院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 学号 实验台号 实验时间 年 月 30 日，第六周，星期 一 第 5-6 节 实验名称 多普勒效应及声速的测试与应用 教师评语 实验目的与要求： 1. 加深对多普勒效应的了解 2. 测量空气中声音的传播速度及物体的运动速度 主要仪器设备： DH-DPL 多普勒效应及声速综合测试仪，示波器 其中， DH-DPL 多普勒效应及声速综合测试仪由实验仪、智能运动控制系统和测试架三个部份组成。 实验原理和内容： 1、 声波的多普勒效应 实际的声波传播多处于三维的状态下， 先只考虑其中的一维（x 方向）以简化其处理过程。 设声源在原点，声源振动频率为f ，接收点在x 0，运动和传播都在x 轴向上， 则可以得到声源和接收点没有相对运动时的振动位移表达式： ???? ? ?-=000cos x c t p p ωω ， 其中00x c ω-为距离差引起的相位角的滞后项， 0c 为声速。 然后分多种情况考虑多普勒效应的发生： 1.1 声源运动速度为S V ，介质和接收点不动 假设声源在移动时只发出一个脉冲波， 在t 时刻接收器收到该脉冲波， 则可以算出从零时刻到声源发出该脉冲波时， 声源移动的距离为)(0c x t V S -， 而该时刻声源和接收器的实际距离为 )(00c x t V x x S --=, 若令S M =S V /0c （声源运动的马赫数）， 声源向接收点运动时S V （或S M ） 为正， 反之为负（以下各个马赫数的处理方法相同， 均以相互靠近的运动时记为正）。 则距离表达式变为)1/()(0S S M t V x x --=， 代回到波函数的普适表达式中， 得到变化的表达式： ????? ????? ? ?--=0001cos c x t M p p S ω 可见接收器接收到的频率变为原来的 S M 11 -, 即: 1.2 根据同样的计算法， 通过计算脉冲波发出时的实际位移并代换普适表达式中的初始位移量， 便可以得到声源、介质不动，接收器运动速度为r V 时， 接收器接收到的频率为 1.3介质不动，声源运动速度为S V ，接收器运动速度为r V ，可得接收器接收到的频率为 1.4 介质运动。 同样介质的运动会改变声波从源向接收点传播的实际表观速度（真实声速并没有发生变化）， 导致计算收发声时的实时位移量变为t V x x m -=0， 通过同样的计算法， 可以得到此状态下接收器收到的频率为（以介质向接收器运动时， 马赫数记为正） 另外， 当声源和介质以相同的速度和方向运动时， 接收器收到的频率不变（从定性的分析即可得到这一点结论）。 本实验重点研究第二种情况， 即声源和介质不动， 接收器运动。 设接收器运动速度为r V ，根据1.2 式可知，改变r V 就可得到不同的r f ，从而验证了多普勒效应。另外，若已知r V 、f ，并测出r f ， 课时提升作业(二十一) (40分钟 100分) 一、选择题(本大题共10小题,每小题7分,共70分。每小题至少一个答案正确,选不全得3分) 1.频率一定的声源在空气中向着静止的接收器匀速运动。以v表示声源的速度, v′表示声波的速度(v 时刻这两列波的图像,则下列说法中正确的是( ) A.声波1的速度比声波2的速度大 B.相对于同一障碍物,声波1比声波2更容易发生衍射现象 C.这两列波传播的方向上,不会产生稳定的干涉现象 D.这两列波传播方向上运动的观察者,听到这两列波的频率可以相同 5.如图所示,O是水面上一波源。实、虚线分别表示该时 刻的波峰、波谷,A是挡板,B是小孔。不考虑波的反射因 素,则再经过一段时间后,水面上的波形将分布于( ) A.整个区域 B.阴影Ⅰ以外区域 C.阴影Ⅱ以外区域 D.上述答案均不对 6.如图所示,在一条直线上两个振源A、B相距6m,振动频率相等。t0=0时刻A、B开始振动,且都只振动一个周期,振幅相等,A的振动图像为甲,B的振动图像为乙。若A向右传播的波与B向左传播的波在t1=0.3s时相遇,则( ) A.t2=0.7s时刻B点经过平衡位置且振动方向向下 B.两列波在A、B间的传播速度大小均为20m/s C.两列波的波长都是4m D.在两列波相遇过程中,中点C为振动加强点 7.如图所示,水面上有A、B两个振动情况完全相同的振 源,在AB连线的中垂线上有a、b、c三个点,已知某时 光电效应光子 一、教学目标 1．应该掌握的知识方面． (1)光电效应现象具有哪些规律． (2)人们研究光电效应现象的目的性． (3)爱因斯坦的光子说对光电效应现象的解释． 2．培养学生分析实验现象，推理和判断的能力方面． (1)观察用紫外线灯照射锌板的实验，分析现象产生的原因． (2)观察光电效应演示仪的实验过程，掌握分析现象所得到的结论． 3．结合物理学发展史使学生了解到科学理论的建立过程，渗透科学研究方法的教育． 二、重点、难点分析 1．光电效应现象的基本规律、光子说的基本思想和做好光电效应的演示实验是本节课的重点． 2．难点是(1)对光的强度的理解，(2)发生光电效应时光电流的强度为什么跟光电子的最大初动能无关，只与入射光的强度成正比． 三、教具 锌板、验电器、紫外线灯、白炽灯、丝绸、玻璃棒、光电效应演示仪． 四、主要教学过程 (一)新课的引入 光的波动理论学说虽然取得了很大的成功，但并未达到十分完美的程度．光的有些现象波动说遇到了很大的困难，请观察光电效应现象． (二)教学过程的设计 1．演示实验． 将锌板与验电器用导线连接，用细砂纸打磨锌板表面．把丝绸摩擦过的玻璃棒放在锌板附近，用紫外线灯照射锌板． 边演示边提问：紫外线灯打开前后，验电器指针有什么变化？这一现象说明了什么问题？ 引导学生分析并得出结论：光线照射金属表面，金属失去了电子导致验电器指针张开一角度． 明确指出光电效应是光照射金属表面，使物体发射电子的现象．照射的光可以是可见光，也可以是不可见光．发射出的电子叫光电子． 说明：这个实验如果按照课本上的装置进行效果很不理想，因为紫外线照射锌板飞出电子时锌板带正电，在锌板附近形成电场又将电子吸附回去．锌板电势升到很小的值就使逸出和返回的电子达到动态平衡，很难使验电器指针明显地张开． 2．进一步研究光电效应． 以上实验改用很强的白炽灯照射，却不能发生光电效应．向学生提出问题：光电效应的发生一定是有条件的，存在着一定规律．有什么规律呢？让我们进一步研究．向学生介绍光电效应演示仪．在黑板上画一示意图，如图所示．S为抽成真空的光电管，C是石英窗口，光线可通过它照射到金属板K上，金属板A和K组成一对电极与外部电路相连接．光源为白炽灯，在光源和石英窗口C之间插入不同颜色的滤光片可以改变入射光的频率，光源的亮度可以通过另一套装置调节． 观察现象一： 在没有光照射K时，电压表有示数，电流表没有示数，说明什么？ 明确：AK之间有电场存在，但没有光电子逸出，说明没有发生光电效应． 提出问题：要发生光电效应，是不是用任何频率的光线照射都行？是不是弱光线不行，只要光的强度足够大就行？是不是只要有足够大的电场电压就行？ 观察现象二： 保持AK间电压一定，灯泡亮度一定，在窗口 C前依次放上红色、橙色、绿色滤光片，观察到红光照射金属板K时没有光电流，橙光和绿光照射时有光电流．用红光照射时改变入射光的亮度和改变电场电压都不发生光电效应．让学生考虑原因． 结论一：入射光线的频率大于等于该金属的极限频率υ 才能产生光电效应． 观察现象三： 逐渐减小KA间的正向电压，直到电压为零时，电流表仍有示数，说明光电流依然存在．如果在KA间加一反向电压，则光电流变小，增大反向电压，使光电流刚好为零．高中物理 光电效应习题及解析
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