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視頻標(biāo)簽：光的粒子性
所屬欄目：高中物理優(yōu)質(zhì)課視頻
視頻課題：新人教版高中物理選修三 17.2《光的粒子性》浙江
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新人教版高中物理選修三 17.2 《光的粒子性》浙江省臺(tái)州中學(xué)
17.2 《光的粒子性》教學(xué)設(shè)計(jì)
浙江省臺(tái)州中學(xué) 賴如未
【設(shè)計(jì)理念】
物理觀念和探究實(shí)驗(yàn)是物理核心素養(yǎng)中的兩個(gè)重要方面。結(jié)合本節(jié)課的內(nèi)容特點(diǎn)，通過問題和活動(dòng)任務(wù)的設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷知識(shí)的獲取過程，從中培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生物理觀念和探究能力。
在本節(jié)學(xué)習(xí)過程中，穿插歷史介紹，展示人類對光的本性曲折的研究過程，同時(shí)讓學(xué)生體會(huì)光電效應(yīng)是光的本性探究過程中的一次轉(zhuǎn)折，具有非同尋常的意義。在探究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律過程中，教師充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，使學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和操作過程中，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)規(guī)律和伴隨出現(xiàn)的概念，培養(yǎng)其探究能力和學(xué)習(xí)興趣。另外，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中，教師激發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解決問題的能力，例如：將測量單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)轉(zhuǎn)化為測量飽和電流，體會(huì)將不可測量的量轉(zhuǎn)化為易測量的量這種轉(zhuǎn)換的思想方法。在實(shí)驗(yàn)規(guī)律的理論分析過程中，引導(dǎo)學(xué)生以電磁理論觀點(diǎn)和光電效應(yīng)方程解釋實(shí)驗(yàn)規(guī)律，從而自我體驗(yàn)到運(yùn)用前者時(shí)遇到困難和運(yùn)用后者時(shí)得以圓滿，使學(xué)生充分體會(huì)觀念更新的意義，以及在這個(gè)過程中認(rèn)識(shí)到新的理論往往是在矛盾中誕生。在學(xué)生用光電效應(yīng)方程成功解釋實(shí)驗(yàn)規(guī)律之后，提出其方程在當(dāng)時(shí)并不被接受，進(jìn)一步介紹密立根實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到光電效應(yīng)方程的發(fā)展過程，體會(huì)一個(gè)新理論被普遍接受的需要一個(gè)艱辛過程，但終將會(huì)被接受。
【教材分析】
《光的粒子性》選自人民教育出版社新課標(biāo)《物理》選修3-5第十七章第二節(jié)。本節(jié)知識(shí)是本章的主要內(nèi)容，由光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，光電效應(yīng)解釋疑難和光電效應(yīng)方程組成，內(nèi)容較多、難度較大。本節(jié)要求學(xué)生了解飽和電流、遏制電壓和截止頻率等概念，理解光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律：①光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件c；②存在飽和電流，光強(qiáng)越強(qiáng)，飽和電流越大；③頻率越高，遏制電壓越大，以及會(huì)用愛因斯坦方程解釋實(shí)驗(yàn)規(guī)律。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)是本節(jié)的“根”，要?jiǎng)?chuàng)造條件做好實(shí)驗(yàn)。
【學(xué)情分析】
學(xué)生已具備一定的邏輯思維和科學(xué)探究能力，因此教師要激發(fā)學(xué)生的參與意識(shí)，讓學(xué)生充分參與到實(shí)驗(yàn)的探究、設(shè)計(jì)和演示過程中，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)得到光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。本節(jié)課是本章的重點(diǎn)，需掌握的概念與規(guī)律多且復(fù)雜，教師要通過實(shí)驗(yàn)演示與理論分析引導(dǎo)學(xué)生思考、理解這些概念與規(guī)律。此外，學(xué)生通過之前的學(xué)習(xí)已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到光的波動(dòng)性，使學(xué)生體會(huì)光的波動(dòng)理論與光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的矛盾，再提出新理論解釋光電效應(yīng)規(guī)律，從而幫助學(xué)生克服思維轉(zhuǎn)變上的困難。
【課時(shí)安排】
1課時(shí)
【教學(xué)目標(biāo)】
一、知識(shí)與技能：
1、 知道光電效應(yīng)現(xiàn)象和光電子的概念；
2、 理解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，了解截止頻率、飽和電流和遏制電壓； 3、 了解愛因斯坦的光子說；
4、 理解愛因斯坦光電效應(yīng)方程，會(huì)用光電效應(yīng)方程解決簡單問題； 二、 過程與方法
1、經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)的過程和實(shí)驗(yàn)規(guī)律的總結(jié)，培養(yǎng)探究能力；
2、體會(huì)把不可直接測量的量轉(zhuǎn)化為易測量的量的研究方法，掌握轉(zhuǎn)換的思想方法； 三、情感態(tài)度與價(jià)值觀
1、經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)的探究、設(shè)計(jì)、演示過程，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和自信心；
2、通過對光電效應(yīng)規(guī)律進(jìn)行解釋從而建立新認(rèn)知的過程，體會(huì)探究自然規(guī)律的艱辛與樂趣。 【教學(xué)重難點(diǎn)】
1、 教學(xué)重點(diǎn)
光電效應(yīng)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)規(guī)律，會(huì)用愛因斯坦光電效應(yīng)方程解釋實(shí)驗(yàn)規(guī)律。 2、 教學(xué)難點(diǎn)
光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，會(huì)用愛因斯坦光電效應(yīng)方程解釋實(shí)驗(yàn)規(guī)律 【教學(xué)方法】
1.教法：
問題教學(xué)法、實(shí)驗(yàn)探究法、講授法
2．學(xué)法：
觀察法、實(shí)驗(yàn)探究法、分析歸納法 【教學(xué)過程】 教師活動(dòng)
學(xué)生活動(dòng)
教學(xué)媒體
達(dá)到目標(biāo) 一、回顧歷史，導(dǎo)入新課
1、簡單介紹歷史上人類對光的本性的認(rèn)識(shí)過程
2、提出：在光的波動(dòng)性漸成真理的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)令人不安的現(xiàn)象。
聆聽 產(chǎn)生疑惑：這個(gè)令人不安的現(xiàn)象是什么 ppt展示 激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
二、光電效應(yīng)現(xiàn)象
1、演示光電效應(yīng)現(xiàn)象：紫外線照射鋅板，觀測與鋅板相連的驗(yàn)電器張角變化
2、總結(jié)光電效應(yīng)現(xiàn)象的定義：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出，這就是光電效應(yīng)現(xiàn)象，這種電子常被稱為光電子
1、 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 2、總結(jié)光電
效應(yīng)的定義
實(shí)驗(yàn)儀器：鋅板、驗(yàn)電器、毛皮、橡膠棒、
紫外燈、
ppt、攝像頭
認(rèn)識(shí)光電
效應(yīng)現(xiàn)象
三、光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件
1、提問：如果用其它光照射鋅板是否也會(huì)觀測到光電效應(yīng)現(xiàn)象呢？ 2、演示實(shí)驗(yàn)：白光照射鋅板 3、提問：用白光照射鋅板并未觀測到光電效應(yīng)現(xiàn)象，說明光電效應(yīng)的產(chǎn)生是需要條件的，這個(gè)條件是什么呢？ 4、通過演示實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證學(xué)生的猜想是否正確，如課堂上學(xué)生提出需要一定的光強(qiáng)；需要足夠的光照時(shí)間，則演示實(shí)驗(yàn)：用
更強(qiáng)的白光照射鋅板，觀測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；延長白光照射鋅板的時(shí)間，繼續(xù)觀測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 5、請學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：光電效應(yīng)產(chǎn)生條件只與光的頻率有關(guān)，與光照時(shí)間、光照強(qiáng)度無關(guān)。
6、補(bǔ)充：科學(xué)家進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，只要光照頻率大于某一值c時(shí)，就能發(fā)生光電效應(yīng)，c稱為極限頻率或截止頻率。不同金屬截止頻率不同。
觀察、猜想、思考、總結(jié)、聆聽 實(shí)驗(yàn)儀器：鋅板、驗(yàn)電器、毛皮、橡膠棒、可調(diào)亮度臺(tái)燈、攝像頭 PPT
板書：光電效
應(yīng)產(chǎn)生條件c
學(xué)生通過
實(shí)驗(yàn)總結(jié)光電效應(yīng)的產(chǎn)生條
件 四、提出探究內(nèi)容
（1）提問：光電效應(yīng)發(fā)生時(shí)，存在什么規(guī)律呢？同學(xué)們有什么想要進(jìn)一步了解的？
（2）總結(jié)學(xué)生提出的探究內(nèi)容，例如課堂上學(xué)生提出：單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)，逸出的光電子數(shù)與什么因素有關(guān)？逸出的光電子的初速度是多大，與什么因素有關(guān)？逸出的光電子初動(dòng)量多大？
思考、回答
板書：學(xué)生提出的探究內(nèi)容
激發(fā)學(xué)生發(fā)散思維，培養(yǎng)創(chuàng)新能力
五、探究單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)，逸出的光電子數(shù)與什么因素有關(guān)？
（1）提問：肉眼無法觀測到光電子，我們?nèi)绾螠y量單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)呢？
（2）引導(dǎo)學(xué)生提出解決方案：將光電子轉(zhuǎn)化為電流。
（3）給出陰極K，陽極A，光電流的概念，其中穿插提問電流是如何產(chǎn)生的：發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，陰極K發(fā)出的光電子到達(dá)陽極A形成電流。
（4）結(jié)合動(dòng)畫告知學(xué)生：K板逸出的光電子速度方向各異，并不能全部到達(dá)A板，并引導(dǎo)學(xué)生提出解決方案：在板間加電場。 （5）基于學(xué)生的解決方案，將改進(jìn)之后的電路原理圖展示給學(xué)生，并做簡單介紹，與此同時(shí)，介紹實(shí)驗(yàn)使用的光電管。
1、思考：如何測量單位時(shí)間逸出的
光電子數(shù)
2、回答、聆聽、思考 3、觀察實(shí)驗(yàn)
現(xiàn)象、總結(jié)規(guī)律 ppt動(dòng)畫、ppt圖片、攝像頭 實(shí)驗(yàn)儀器：光
電管、電源、
導(dǎo)線、滑動(dòng)變阻器、電壓表、
電流表、亮度
可調(diào)型臺(tái)燈
板書：光強(qiáng)越
強(qiáng)，飽和電流越大
呼應(yīng)學(xué)生提出的探究內(nèi)容，滿足學(xué)生的實(shí)際需求 體會(huì)轉(zhuǎn)換的物理思想：將不可測量的量轉(zhuǎn)化為易測量的量
（6）演示實(shí)驗(yàn)：在一定光照條件下，增加加在兩板間的電壓，觀察電壓表和電流表示數(shù)變化。
（7）給出飽和電流的定義：隨著電壓增大，電流增大至趨于某一定值。把這個(gè)最大電流稱為飽和電流。并提問：為何電流會(huì)飽和？飽和電流能直接反映單位時(shí)間時(shí)間內(nèi)逸出的電子數(shù)嗎？ （8）總結(jié)：一定光照條件下，飽和電流穩(wěn)定，說明一定光照條件下，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)是一定的。
（9）提問：單位時(shí)間逸出的光電子數(shù)與什么因素有關(guān)呢？ （10）通過演示實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證學(xué)生的猜想，例如課堂上學(xué)生猜想與光強(qiáng)有關(guān)，則演示：改變光照強(qiáng)度，測量飽和電流。
（11）學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律：光照強(qiáng)度越強(qiáng)，飽和電流越大，單位時(shí)間內(nèi)逸出的電子數(shù)越多。
經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與探究，培養(yǎng)探究能力和學(xué)習(xí)興趣
六、探究逸出的光電子初速度，光電子初速度的影響因素
（1）提問：如何測量得到光電子的初速度？
（2）結(jié)合學(xué)生的回答板書并講解：在兩板間加電壓使光電子做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，調(diào)整電壓大小使電子到達(dá)A板前瞬間速度減
為0，根據(jù)動(dòng)能定理eU=2
2
1mv，測量電壓U即可得到光電子初動(dòng)能。（如學(xué)生無法想到加反向電壓，則通過類比“如何間接測量上拋運(yùn)動(dòng)的初速度”來引導(dǎo)學(xué)生得到答案。）
（3）給出遏制電壓的定義：使光電流剛好減為零的反向電壓稱為遏止電壓，用cU表示。并將板書中的eU=2
2
1mv改寫成ecU=
2
2
1mv。 （4）提出光電子的初速度不僅方向不同，大小也不同，并提問：
ecU=
2
2
1mv中的v對應(yīng)的是什么時(shí)候的速度？ （5）學(xué)生回答之后，將板書ecU=22
1mv改寫成ecU=2
21cmv，
cv為最大初速度。
（6）實(shí)驗(yàn)演示：測量在較弱白光照射下的遏制電壓，學(xué)生觀測
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讀出遏制電壓大小。
（7）提問：初速度大小與什么因素有關(guān)呢？
（8）通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證學(xué)生的猜想。例如課堂上學(xué)生提出與光照強(qiáng)度、光的顏色有關(guān)。則演示實(shí)驗(yàn)1：測量在較強(qiáng)白光照射下的遏
思考
聆聽 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)
象、總結(jié)實(shí)驗(yàn)
規(guī)律
ppt圖片、攝像頭
實(shí)驗(yàn)儀器：光電管、電源、導(dǎo)線、滑動(dòng)變阻器、電壓表、電流表、亮度可調(diào)型臺(tái)燈、紫外燈 板書：
ecU=2
21c
mv頻率越高，遏制電壓越大
經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)
探究過程，在此過程中理解遏制電壓的概念、掌握實(shí)驗(yàn)規(guī)
律：頻率
越高，遏
制電壓越大
制電壓；得出結(jié)論1：遏制電壓與光照強(qiáng)度無關(guān)。演示實(shí)驗(yàn)2：測量紫外光照射下的遏制電壓。
（9）學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律：遏制電壓只與光的頻率有關(guān)，頻率越大，遏制電壓越大，即光電子的初速度越大。
4、瞬時(shí)性
補(bǔ)充：光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性。通過實(shí)驗(yàn)演示：光照射金屬板時(shí)
立即產(chǎn)生光電流，幾乎不需要時(shí)間。
觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)
象
實(shí)驗(yàn)儀器：光電管、電源、導(dǎo)線、滑動(dòng)變阻器、電壓表、電流表、臺(tái)燈 板書：瞬時(shí)性
通過實(shí)驗(yàn)直觀感受光電效應(yīng)的瞬時(shí)性
四、電磁理論解釋中的疑難
（1）提出：在當(dāng)時(shí)歷史環(huán)境下，光的電磁理論占據(jù)主導(dǎo)地位，也請同學(xué)們用光的電磁理論來解釋一下為什么會(huì)出現(xiàn)這些實(shí)驗(yàn)規(guī)律。
（2）補(bǔ)充知識(shí)點(diǎn)1：金屬表面存在一種力，阻礙電子逃逸。電子要從金屬表面逸出，必須克服這種阻礙做功，做功的最小值
叫做金屬的逸出功，用0W表示。不同的金屬逸出功不同。 （結(jié)
合圖像簡單解釋電子從金屬中逸出做功大小有所不同，強(qiáng)調(diào)將
做功的最小值定義為逸出功。）
（3）補(bǔ)充知識(shí)點(diǎn)2：光的電磁理論認(rèn)為光的強(qiáng)度是由光的振幅決定，與頻率無關(guān)。電子吸收光能就像我們喝飲料一樣，可以任意吸收多少。
（4）學(xué)生嘗試用電磁理論解釋光電效應(yīng)規(guī)律，在此過程中自主發(fā)現(xiàn)電磁理論無法解釋全部實(shí)驗(yàn)規(guī)律甚至與一些規(guī)律矛盾。
聆聽
以電磁理論觀點(diǎn)解釋實(shí)
驗(yàn)規(guī)律
產(chǎn)生疑惑：電
磁理論無法
解釋光電效
應(yīng)且與一些
規(guī)律矛盾
ppt 板書
體會(huì)電磁理論的局限，為新理論的提出做好鋪墊 五、愛因斯坦光電效應(yīng)方程
(1)提出：各國科學(xué)家都努力嘗試去解釋這一令人不安的現(xiàn)象，
直到愛因斯坦在普朗克能量子假說的啟發(fā)下提出：光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，頻率為ν的光的能量子為hν。這些能量子后來被稱為光子。
（2）引導(dǎo)學(xué)生得到愛因斯坦光電效應(yīng)方程：0WhEk ，并通過提問的方式讓學(xué)生意識(shí)到此時(shí)的初動(dòng)能應(yīng)是最大初動(dòng)能。 1、聆聽、思考
2、利用光電
效應(yīng)方程解
釋實(shí)驗(yàn)規(guī)律
3、思考：密
ppt 板書
通過對光
電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的解釋，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步掌握光電效應(yīng)
（3）提問：若電子吸收一個(gè)光電子后，能量不足以使其克服逸出功，或怎么樣？在學(xué)生回答之后告知學(xué)生：電子一次吸收兩個(gè)光子的概率低到可忽略不計(jì)，所以認(rèn)為電子一次只能吸收一個(gè)光子。
（4）請學(xué)生用愛因斯坦光電效應(yīng)方程解釋光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律。學(xué)生在解釋“光強(qiáng)越強(qiáng)，飽和電流越大”時(shí)會(huì)出現(xiàn)困難，此時(shí)告知學(xué)生nhP，輔助學(xué)生解釋這一規(guī)律，并將此規(guī)律完整成：照射光顏色不變時(shí)，光越強(qiáng)，飽和電流越大。
（5）提出愛因斯坦的理論起初并不被接受，其中有一個(gè)反對其觀點(diǎn)的科學(xué)家密立根通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其方程的正確性，同時(shí)介紹密立根的實(shí)驗(yàn)思想，以及通過提問、引導(dǎo)的方式讓學(xué)生得到如何通過光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)間接測量普朗克常量。
立根是如何測量得到普朗克常量的 實(shí)驗(yàn)規(guī)律和光電效應(yīng)方程 體會(huì)一個(gè)新理論被接受需要一個(gè)艱辛的過程，但一定會(huì)被接受
【教學(xué)反思】
1、光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律和伴隨出現(xiàn)的概念較難理解，教師創(chuàng)造條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，驅(qū)動(dòng)學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和操作中，利用實(shí)驗(yàn)搭建學(xué)習(xí)支架，使實(shí)驗(yàn)規(guī)律和概念具體、直觀地展示在學(xué)生眼前，學(xué)生根據(jù)所見總結(jié)概括出需要掌握的內(nèi)容。
2、根據(jù)當(dāng)前學(xué)生的知識(shí)水平和所學(xué)內(nèi)容的難度要求，本節(jié)課宜采用探究式和接受式相結(jié)合的教學(xué)方法，既培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和物理觀念，又提升課堂效率。教師要注意控制教學(xué)難度，避免學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒。
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