光电效应实验设计

光电效应实验设计

“光电效应”是高中学生对量子理论的初步认识,由于学生对光电效应现象极其原理不易理解，让学生通过实验认识光电效应现象是最为直接和有效的。因此光电效应的实验再现对学生的学习具有很大的作用。

光电效应的实验原理和一般实验操作：

光电效应现象是指在光的照射下，物体发射电子的现象。如图所示，将锌板与验电器相连，用紫外灯照射锌板，若有电子从锌板上飞离，验电器的张角便会张开。在普通高中的实验条件下，

由于空气湿度（该实验要求空气非常干燥）和验电器漏电，指针重力偏大和其它各种情况的影响，验电器根本没有张角，实验无法成功演示。

该如何才能成功地演示光电效应的实验现象呢？

笔者进一步的实验探究发现，将锌板与验电器相连后，先使验电器带上负电荷，验电器的张角张开后，再用紫外灯照射锌板，验电器的张角会闭合，该现象说明验电器原来带的负电荷被锌板上的正电荷中和，从而从反面说明在光的照射下，有电子从金属板上飞出（使锌板带上正电荷），发生光电效应现象。但由于此实验现象不是很明显，可观性不高，并且该实验操作是在己知光电效应现象的前提下进行的一个验证性实验，学生在对什么是光电效应现象一无所知的前提下，该实验的引入较为突兀，不是很适合学生的认知结构。

为了加强演示实验的合理性，并且加强实验的可观性，笔者对实验进行了改进。

重新设计的实验

如图所示连接好电路：

1）紫外灯不打开，灵敏电流计无偏转。

电流的本质为电荷的定向移动，在金属导体中发生定向移动的是电子。实验过程中电流表无偏转，说明金属板上没有电子飞出，电子没有定向移动，同时也排除了高压电源使空气电离的可能性，为后面实验现象的解释去除障碍。

2）紫外灯打开，电流表偏转。在排除空气电离的前提下，电路中有电流说明在紫外灯照射下，有电子从金属板上飞离。进一步的电路分析说明是锌板上的电子在紫外线的照射下从金属板上飞离，并在外电场作用下定向移动至铜板，形成电流。

3）紫外灯管外套上玻璃管，电流表无偏转。

A．普通玻璃对紫外线具有阻碍作用，紫外灯管外套上玻璃罩后，灵敏电流计指针没有发生偏转，说明能使锌板发生光电效应的照射光为紫外线而非可见光。紫外线与可见光的区别在于二者的频率不同。调整可见光强度，电流表指针也不偏转，说明可见光不能发生光电效应。因此在教师的引导下，学生可很自然地得出结论──能否发生光电效应现象与照射光的频率有关，与光强无关。

B．在紫外灯管外套上玻璃罩后，无论照射时间多长，电流表始终无偏转。由此可得出结论──光电效应的发生与否与照射时间的长短无关。

C．在紫外灯管外套上玻璃罩后，灵敏电流计从原本无玻璃罩时的有偏转立刻减至零。在提醒学生关注紫外灯管外套上玻璃罩和没有玻璃罩时电流表指针偏转情况瞬间变化的前提下将该过程反复演示，在实验过程中，学生可看到，紫外灯管外套上玻璃罩后，电流表指针是立即恢复到零，拿开玻璃罩后，电流表指针立刻又发生偏转。因此可得出结论──光电效应的发生具有瞬时性。

实验一中第二项的操作可从正面说明在光的照射下物体发射电子的现象，即光电效应现象，符合学生的认知过程。同时第三项操作的分析结果又可为后面光电效应的特点分析留下伏笔，学生可以通过该实验很好地理解光电效应。