对人教版教材中“光电效应”实验的商榷

姚奕晓

摘 要：为了使实验效果更明显，新课标人教版教材的光电效应实验（选修3-5模块、第十章、第二节P30）在原来的大纲版教材实验的基础上进行了一些改动：把原来不带电的锌板改为带上负电，然后再进行实验。这一改动虽使实验现象变得明显了，却也带来了一些新的问题，本文将这些问题提出，供同仁们共同探讨。

关键词：光电效应；弧光灯；紫外线；电磁波；空气电离

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）11-0061-2

2015年7月人民教育出版社编审谷雅慧教授深入基层，给广西物理教师的解释教材指导工作，还和大家一起对实验中的疑难问题做了认真的讨论。

新课标教材对“光电效应”实验做了改动，大纲版教材中，这个实验是通过弧光灯的照射，使不带电的锌板带电，从而证明了光电效应。但实际上，实验较难做成功。新课标版对此做了一些改动——先让锌板带上负电，再用紫外线灯照射，这一改动，让实验效果明显了，实验的难度也降低了。

对于这一改动，有的老师有不同意见。

笔者的思考和疑问是：

原实验（大纲版教材第三册、第二十一章、第一节P41）：

把一块擦得很亮的锌板连接在验电器上，用弧光灯照射锌板（如图1），验电器的指针就张开了，进一步检查表明锌板带的是正电，这个实验说明在弧光灯的照射下，锌板中的一些自由电子从表面飞出来了，锌板缺少了电子，于是带正电。

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图1 原实验示意图

实验的流程是：紫外线照射—锌板带正电荷—说明锌板失去电子—证明了光电效应。这一过程逻辑严密，无懈可击。

改动后的实验（人教版新课标教材、选修3-5模块、第十章、第二节P30）：

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图2 改动后的实验

实验的流程是：带负电的锌板—紫外线灯照射—验电器指针偏角逐渐减小。

但问题产生了：这个实验只是证明了紫外线照射下，锌板所带负电逐渐减小。造成锌板所带负电逐渐减小的原因就不只一个了。下面把所有可能的原因一一罗列：

（1）紫外线本身能导电，把锌板的负电荷导走了；

（2）紫外线照射下，空气电离，使锌板的负电被导走了；

（3）光电效应。

我们先分析第（1）条：紫外线本身能导电吗？紫外线是电磁波，2004年7月23日居庸关长城15名游客遭雷击，包括《中国新闻网》在内的许多媒体均报道了专家们对此的解释：被雷击的原因是游客打手机所至，有专家进一步解释：“手机的电磁波是导体”。这一说法，更是引发热议，甚至央视2013年在《是真的吗》节目还专门就这个问题进行了实验和探讨，结论当然是否认了“电磁波是导体”之说。可见，电磁波是否会导电，真的有必要在此进行解释。

再看第（2）条：紫外线会使空气电离吗？会！关于紫外线使空气电离的文献很多，这里就不再列举了。既然紫外线能使空气电离，那么如何说明锌板带负电减少是由于光电效应，还是由于空气电离后锌板的负电荷被导走？如何说明锌板带负电减少与紫外线使空气电离无关？这就麻烦了！

最后第（3）条：光电效应，造成了锌板所带负电减少——这当然就是课本编写者希望得到的结论。但得到这个结论之前，必须先否认第（1）条原因，排除第（2）条原因，才有可能得到这一结论。

能否排除第（2）条原因呢？我们可以设计一个这样的实验来说明：

用同样的弧光灯去照一块极限频率高于紫外线频率的、带同样电量负电荷的金属板，如果发现所带负电荷减小的幅度可以忽略，则说明紫外线使空气电离造成的影响可以忽略，第（2）条原因可以排除；但如果发现金属板所带负电荷减小的幅度较大，则说明不能忽略空气电离的影响，新课标教材所做的改动不成功。

也许有老师会问：那原来大纲版教材中的实验中，紫外线同样也会使空气电离，为什么没这些问题？

大纲版实验中，锌版是不带电的，光照使之带电了，紫外线同样也会使空气电离，但空气的电离并不会使锌板带电的，反而会使实验效果弱化——有些改进实验中，在真空环境中做同样的实验，发现实验现象比在空气中明显了许多，正是这个原因。

综上所述，新课标教材中对这个实验的改动值得商榷：虽然实验的效果明显了，但这个效果是否是光电效应的原因所至？即使是，也得花相当的时间和笔墨进行说明，有节外生枝之嫌。

编者按：光电效应实验非常重要。爱因斯坦用光的量子理论成功地解释了光电效应，获得了诺贝尔物理学奖。光电效应是现代光电应用技术的重要基础。做光电效应实验时，不同的光源有不同的强度，不同的频谱分布。不同的材料（包括锌板）发生光电效应也会对照射光源的强度与频谱有不同的要求。如何在中学物理教学中做好光电效应实验的确需要认真研究和讨论。

参考文献：

[1]卢亭.专家称居庸关长城游客遭雷击事件系由打手机引发.中国新闻网，2004[2004-07-25].http：//www.chinanews.com/news/2004year/2004-07-25/26/464024.shtml

[2]朱建华.光电效应实验的改进[J].太原大学教育学院学报，2012，30（1）：82—85

（栏目编辑 王柏庐）