光电效应说课稿教材.docx

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1、光电效应1对1教学一、教材分析本课题为普通高中人教版物理选修3-5第十七章波粒二相性第二节光的粒子性的第一 块内容。在选修3-4中，学生先学习光的波动性，而在该节中，学生将学习光的粒子性的证 据：光电效应现象及其解释理论一一光电效应方程。本课教材蕴含着十分丰富的教学内容：在知识方面，本课内容作为后牛顿物理两大支柱 之一一一量子理论的入门，涉及到量子物理最基础的内容，也是量子物理与经典物理学的重 要衔接；同时本课还有着浓厚的物理学科文化积淀，有物理学史、科学方法、科学精神、 辩证唯物主义思想、创新意识等人文精神教育题材。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

2、人文，为实施“科学的人文教育价值”提供了 很大的空间。二、学情分析本课学习主体是一名高三学生。该学生虽然已经学习过这一块内容与普朗克关于黑体辐 射的能量子假说，然而由于学校教育在这一节往往重视结论型陈述、轻视物理探究史实际和 逻辑推理，导致学生这一部分知识一知半解，很快遗忘；该学生数学与物理基础较差，无思 考、钻研的主动性，但是对物理学习并没有失去信心，只是需要一种适合她的节奏，而且该 生较有毅力，尊重老师，也比较听话。综上分析，该学生有必要重新经历一次新授课，从知 识上、逻辑上、情感上对光电效应，光子说与量子物理基础有一个修正性的认识，对物理学 习的兴趣、态度、方法进一步发生改变。三、教学目

3、标知识与技能：1、了解并识别光电效应现象；2、能表述光电效应的规律；3、理解光子说和光电效应方程。过程与方法：1、经历“探究光电效应的规律”过程，体验实验探究的方法；2、尝试发现波动理论面对光电效应的规律遇到的困惑；3、领略“观察、实验一提出假说一实验验证”的研究方法；4、经历、模仿与学习直接原因分析法。情感态度与价值观目标1、体验探究自然界规律的艰辛、喜悦与方法；2、陶冶崇尚科学、仰慕科学家，欣赏物理学的奇妙与和谐的情操；3、学习科学家敢于坚持真理、勇于创新的科学态度和科学精神；4、进一步强化物理学习兴趣与转变物理学习态度。四、重点与难点1. 根据新课标，本课的重点是：光电效应现象的基本规律

4、、光子说的基本思想和利用光子说对光电 效应现象的解释。2. 根据新课标与该生自身情况，本课的难点是：(1) 对光的强度的理解；(2) 饱和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。五、教学策略与教学方法基于教材特点与学员自身特点，本课拟采用情景一一陶冶教学策略与先行组织者教学策 略相结合的组合策略。先行组织者策略是非常适合1对1教学因材施教的原则的，而情景一 一陶冶教学策略非常适合对表面上枯燥的物理学缺乏兴趣的学生，运用这两种策略相结合的 组合策略进行教学将收到奇效。采用问答法与角色代入法相结合的教学方法引导学员进入量子理论建立的物理学史，经 历实验探究的过程，在过程中

5、积极思考，获取新知识，锻炼逻辑分析能力，培养创新意识， 学习物理学家的科学方法，体会物理学家的科学精神。六、教学设计教学设计内容流程图1、引入：幻灯片展示光电效应的三个诺贝尔物理学奖项。（得主照片与简介）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，爱因斯坦提出光子说从理论上成功解决光电效应面临的难题并因此获 1921年诺贝尔物理学奖，美国物理学家密立根通过精确实验验证了爱因斯坦理论，并 获1923年诺贝尔物理学奖。光电效应的科学之光经众多物理学奖前赴后继，三十年努 力求索，在物理学史上成为绚丽夺目的篇章.（通过展示光电效应的三个物理学奖项 引起

6、学生对光电效应一探究竟的学习动机）（2）2、动画演示实验：X光照射锌板演示光电效应现象。观察现象，通过阶梯形、逻辑性提问引发思考。提 问如下： ：这个是什么仪器？（指着验电器问） ：这个仪器有什么用？ ：现在验电器金属箔张开说明了什么？ ：那么验电器为什么带电呢？与之前弧光灯不照射金属箔不张开对比，引导学生分析出正是因为弧光灯的照射， 锌板发射出电子自身带上了正电。（此处可设问这种现象与静电感应有何区别？） 引导学生用自己的话描述光电效应现象，从而引出光电效应概念：物体在光的照射下发射 电子的现象叫光电效应，发射出来的电子叫光电子。（学生将了解并可以识别光电效应） 光电效应是一个奇特的现象，有

7、很多科学家对这个现象进行了研究，包括上面三位诺贝尔 物理学奖得主，那么，如果是你，你会怎么去探究光电效应的规律呢？（5）提问：我们从初中开始以及高中三年学过的实验探究的方法有哪些？（控制变量法，对 比试验，转化法等）引导学生分析，要探究光电效应，首先需要让光电效应再生，也就是需要光电效应的 发生装置（比如上述弧光灯照射锌板就是一个发生装置，但要定量探究还须改进）一一光 电效应现象看不到摸不着，必须转化为可测量的量去研究它（转化法）一一光电效应既然有 电子发射出来，那么可以从电子的角度去研究，与电子有关的量有什么呢，比如电流，如 果要研究电流，就必须要有一个电路。好了，这是我们的推断，那么接下来

8、我们去看看由 于对光电效应卓有成效地研究而获得诺贝尔物理学奖的勒纳德是怎么样探究的。（直接原因 分析法）3、勒纳德实验探究光电效应规律。幻灯片展示勒纳德研究光电效应规律的实验装置：（书上的实验电路图就是这个的简 化）针对实验电路图，简单介绍实验仪器：光电管一一产生光电效应现象装置其余部分一一定量测定由于光电效应产生的电流（与我们刚才的推断是一样的，学生会由于与物理学家的历史共鸣获得一种喜悦感）并进行如下提问： 此电路图采用何种接法？（分压法） 分压法有什么优点？（可以控制用电器两端电压从零开始变化，电压调节范围大）（这里回顾选修3-1恒定电流的知识，引导学生明白物理知识间的联系与物理探究 所需

9、的知识储备）提问： 不同颜色的光，即不同频率的光照射灵敏电流计的示数是否会变化呢？ 有的话要用到哪种探究方法？（控制变量法） 在这个装置中加在光电管两端的电压是否会影响灵敏电流计的示数呢？4, 幻灯片展示实验操作及其实验现象。实验操作（1）：用一定的频率和强度的单色光照射阴极K，滑动变阻器从最左端慢慢向右滑动（即从零 开始改变加在A和K两极间的电压U），测量光电流I的变化并记录数据。实验现象：随着电压的增大光电流也增大，但是电压增大到一定值的时候，光电流达 到一个最大值。根据这个实验现象，引导学生画出光电管的伏安特性曲线。如图2（横 轴为虚线是因为曲线是否过原点还未确定）图2实验现象：滑动变阻

10、器触点在最左端，即U=0时，光电流并不为0，而且还是同向偏转。 引导学生根据此现象修正图2得到图3（这里故意将这两个实验现象分开展示，是因为学生 总是先注意到曲线的趋势再关心曲线的一些特殊点，也起到对于曲线是否过原点的强调作 用）： q|Uv图3根据实验现象提问，引导学生进行分析与解释： 为什么U=0的时候光电流并不为0？引导学生分析原因，电流形成的原因是电荷的定向移动（这里是光电子），说明了当U=0 时，有光电子从K板（阴极）运动到了 A板（阳极）一说明离开K板（阴极）时，光 电子具有动能（此处不讲速度，是因为大量光电子离开阴极表面的速度沿各个方向，且 在两极之间作平抛或者斜抛或者直线运动，

11、从能量角度研究比较方便）。 那么怎样才能使得光电流变为0呢？引导学生分析，光电流变为0光电子无法到达（A板）阳极一光电子到达阳极前动能 已经变为了0，临界条件是恰好变为0加上反向电压。（这一步分析顺理成章，得出加 反向电压这个操作并不突兀，有助于学生创新思维的锻炼，而且所谓创新并非天马行空， 而是有坚实的依据与严密的逻辑，体现了直接原因推理法的有效性）承接刚才的分析展示实验操作（2）：滑动变阻器触点回到最左端，两个单刀双掷开关分别打到另一触点（即加上反向电压），调 节滑动变阻器，待电流计示数为零时，记录电压表示数Uc。实验现象：在同一频率同一强度的光照射下，当反向电压为调节到一定值Uc时（遏止

12、电 压），光电流恰好为零，且继续增大电压，光电流仍为0。引导学生根据实验现象修正伏安特性曲线，如图4：图4提问：好，现在完成了在同一频率同种强度光照射下的光电管的伏安特性曲线，下面该做什么呢？（控制变量法）采用不同频率不同强度的单色光照射重复上述实验操作，并汇出光电管的伏安特性曲线，如图5, 6,且得到遏止电压与入射光频率间的关系，如图7：图5不同光强不同频率图6u：U ()III_二图7入射光频率与遏止电压的线性关系引导学生用语言描述图5, 6, 7所蕴含的信息。（学生对于物理图像的信息提取能力、语言 表达能力得到练习与强化）评价学生的描述。我们来看下勒纳德总结出的光电效应四大实验规律（幻灯

13、片展示）:（1）、存在饱和电流。饱和电流强度与入射光强度成正比。（2）、存在遏止电压。光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光光强 无关。（3）、存在极限频率。对于每一种金属，只有当入射光频率。大于一定的频率。时， 才会产生光电效应。频率。成为极限频率。（4）、光电效应具有瞬时性，这段时间不超过10-9s提问：1, 为什么饱和光电流强度与入射光强度成正比？2, 为什么光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光光强无关？3, 为什么存在极限频率？4, 为什么光电效应发生极短？幻灯片介绍经典电磁理论（即波动理论）5、波动理论对光电效应的解释的困难（幻灯片展示）（学生从表格中可

14、以发现波动理论对 于光电效应解释的困难）波动雎光电效应实验结果困炯光能由振幅决定，与光我库 无关，只要光强足够大（不 论入1寸光的频率多），总可 以使电子萩得足够的盲篷从而 发生光勤应如果V v0,无论光 强有多大，都不育级生 光电效应，光盲碗由光 频率困又亶光强越大，电子可歌得液 育僵，光电子的最大初动能 也应该越大，谒止电压也应 越大。即出射电子的最大初 动育噩该由光强来决定光电子的最大演h能、 谒止电压都与光强无 关,而与甄库有关困摩3光强大时，电子育僵积累的 时间就穗,光强忡寸,盲篷 积累的时间就长当入S寸光照1寸到光电管 明极时，无论光强怎 样，几乎瞬间就产生了6、爱因斯坦对光电效应

15、规律的理论解释（这部分鼓励学扮演爱因斯坦尝试利用光子说与光 电效应方程进行理论解释，随后表格展示四大规律的解释）：对应规律对规律的产生的解释存在极限频率V c电子从金属表面逸出，首先必须克服金属原子核的引力做功W。，要使 入射光子的能量不小于W0，对应的频率Vc=W0/h，即极限频率光电子的最大初动 能随着入射光频率 的增大而增大，与 入射光强度无关（难点2）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，对 于确定的金属，W。是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率 增大而增大（利用光电效应方程Ek=h v-W

16、0解释）光电效应具有瞬时 性光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，克服引力 做功，逸出金属表面，不需要能量积累的过程光较强时饱和电流 大光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大（难点1光强的理解）光电效应的图像:0E图8任何物理理论的建立都必须经过实验的验证，那么是谁第一个验证了爱因斯坦的光电方程 呢？7、密立根精确实验验证光电效应方程（幻灯片展示）1916年，美国物理学家密立根（R.A.MilliKan,美，1868 1953）的精确实验证实了爱 因斯坦的光电方程。非常有趣的是密立根的精确的实验验证了爱因斯坦光电方程的正确性，却是完全与 他预料

17、的相反，密立根一直对爱因斯坦的光电子假设持保留态度。他说：“经过十年之 久的试验、变换和学习，有时甚至还要出差错，在这之后，我把一切努力从一开始就针 对光量子发射能量的精密测量，测量它随温度、波长、材料（接触电势差）改变的函数 的关系。与我自己的预料相反，这项工作终于在1914年成了爱因斯坦方程式在很小实验误差范围内精确有效的第一次直接实验证据，并且第一次直接从光电效应测普朗克常量h,所得精度大约为0.5%，这是当时所能得到的最佳值”密立根在事实面前服从真理，反过来宣布爱因斯坦的光电方程完全得到证实，这 是很值得后人学习的。由于他对光电效应及测量基元电荷的出色研究，因而获得了1923 年诺贝尔

18、物理学奖。（此处幻灯片展示密立根实验装置，并作简要介绍，学生扮演密立 根朗读他的台词，将体会到物理学家追求真理的艰辛与毅力，感受他们坚定的唯物主 义观念）8、教学反馈题型1：光电效应1 .用强度和频率都相同的两束紫外线分别照射到两种不同金属的表面上，均可发生光 电效应，则下列说法中正确的是（）A. 两束紫外线光子总能量相同B. 从不同的金属表面逸出的光电子的最大初动能相同C. 在单位时间内从不同的金属表面逸出的光电子数相同D. 从不同的金属表面逸出的光电子的最大初动能不同题型2：光电效应方程如图13-2-2是某金属在光的照射下产生的光电子的最大初动能气与入射光频率v的 关系图象。由图象可知（）

19、图 13-2-2A. 该金属的逸出功等于EB. 该金属的逸出功等于hvc。入射光的频率为2vc时，产生的光电子的最大初动能为E。.入射光的频率为vc2时，产生的光电子的最大初动能为E2题型3：对光电效应规律的理解：关于光电效应，下列说法正确的是（）A. 极限频率越大的金属材料逸出功越大B. 只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应C. 从金属表面出来的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小。.入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多变式训练1. (2011.上海高考)用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生 光电效应的措施是()A. 改用频率

20、更小的紫外线照射B. 改用X射线照射C. 改用强度更大的原紫外线照射D. 延长原紫外线的照射时间题型4：光的波粒二象性：关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是()A. 不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性B. 运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道C. 波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是 统一的D实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性对光的波粒二象性的理解光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：(1) 从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用

21、效果往往表 现为波动性。(2) 从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高 粒子性越显著，越不容易看到光的干涉和衍射现象，贯穿本领越强。(3) 从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往 表现为粒子性。(4) 波动性与粒子性的统一：由光子的能量E=hv，光子的动量p = h入表达式也可以看 出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波 的特征的物理量一频率v和波长A(5) 理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中 的粒子。题型5：光电效应方程的应用(1)研究光电效应的

22、电路如图1323所示。用频率相同、强度不同的光分别照射密 封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流。 如图1324中的光电流I与A、K之间的电压以勺关系图象中，正确的是()图 1323图 13-2-4(2)钠金属中的电子吸收光子的能量，从金属表面逸出，这就是光电子。光电子从金属 表面逸出的过程中，其动量的大小 (选填“增大”、“减小”或“不变”)，原因是变式训练2. 如图1325所示，当电键S断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P， 发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V时，电 流表读数仍不为零；当电

23、压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零。上T j图 1325(1) 求此时光电子的最大初动能的大小；(2) 求该阴极材料的逸出功。自主练习1. (2013-上海杨浦区模拟)爱因斯坦由光电效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而 提出光子说，从科学研究的方法来说，这属于()A. 等效替代B .控制变量C. 科学假说D.数学归纳解析：选C科学假说是科学理论发展的思维形式，是人们根据已经掌握的科学原理和科学事实，对未知的自然现象及其规律，经过一系列的思维过程，预先在自己头脑中作出的 假定性解释。爱因斯坦由光电效应的实验规律，猜测光具有粒子性，从而提出光子说，属 于科学假说，选项C正确。2.

24、1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文， 其中关于光量子的理论成功的解释了光电效应现象。关于光电效应，下列说法正确的是 （）A. 当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应B. 光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C. 光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D. 某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光 电效应解析：选AD根据光电效应现象的实验规律，只有入射光频率大于极限频率才能发生 光电效应，故A、D正确；根据光电效应方程，最大初动能与入射光频率为线性关系，但非 正比关系，B错；根据光电效应现象的实验规律，光电子的

25、最大初动能与入射光强度无关， C错。3. （2012-福建高考）关于近代物理，下列说法正确的是（）A. a射线是高速运动的氦原子B. 核聚变反应方程21H+31H一 42He+10n中，10n表示质子C. 从金属表面逸出的光电子的最大初动能与照射光的频率成正比D. 玻尔将量子观念引入原子领域，其理论能够解释氢原子光谱的特征解析：选D a射线是氦核流，选项A错误；10n表示中子，选项B错误；根据光电效 应方程Ek=hLW，选项C错误；玻尔理论的成功之处就是引入量子化的理论解释氢原子 光谱，选项D正确。4. （2012-海南高考）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（）

26、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与光照射的时间成正比D. 对于同种金属，Ek与照射光的频率成线性关系解析：选AD由Ek=hvW0知Ek与照射光的强度及照射时间无关，与v成线性关系， 故选项A、D正确，C错误；由Ek=hc入一W0，可知Ek与入不成反比，故选项B错误。5. （2011-全国新课标卷）在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为入0，该金 属的逸出功为。若用波长为X0）的单色光做该实验，则其遏止电压为。 已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h。解析：设金属的截止频率为v0，则该金属

27、的逸出功W0二hv0二hc入0 ；对光电子，由动 能定理得eUQ = hcX - W0 ,解得U 0=hce-入0入入入0。答案：hc入0 hce入0入入0入（写为hce入一入0入0入也可）通过例题的讲练结合与学生自主练习，教师评析，对光电效应物理学史、光电效应规律的理 解、光电效应方程、光电效应的应用获得更深刻、更实在的认识。在这一环节，我可以充分地、全面地、实时地获得教学反馈，为我课后的教学反思提供了依 据与内容。9、课堂小结学生翻阅PPT回顾教学内容，学生对整堂课作一个总结与评价，并提问。我作补充总结与 评价，并回答问题。10、布置作业课后作业是课堂例题与自主练习题的原题，学生通过原题的温故强化记忆，内化所学知识。七、板书设计见附页。