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視頻標簽：光的粒子性
所屬欄目：高中物理優質課視頻
視頻課題：新人教版高中物理選修三 17.2《光的粒子性》吉林省 - 白城
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新人教版高中物理選修三 17.2 《光的粒子性》吉林省 - 白城
教學基本信息
課題 光的粒子性
學情分析 學生對光的波動性還沒有學習，這樣就增加了對這節內容學習的難度，只有采用在學習本節內容之前讓學生先學習一些有關光的波動性的知識，即經典的電磁理論知識。 學生對光的波動性還沒有學習，這樣就增加了對這節內容學習的難度，只有采用在學習本節內容之前讓學生先學習一些有關光的波動性的知識，即經典的電磁理論知識。 教材分析
本節知識由光電效應的實驗規律、光電效應解釋中的疑難、愛因斯坦的光電效應方程、康普頓效應和光子的動量五部分組成，內容較多，難度也較大，教材把這些內容放在這一節里，是希望通過這一節的學習能讓學生對光子有一個全面的認識。本節知識也是本章的重點內容。光電效應和康普頓效應是認識光的粒子性的重要依據，愛因斯坦用量子思想對光電效應的解釋是科學轉折的重大信號，更多的科學家開始關注普朗克提出的量子觀點，并開創了新的局面。光電效應實驗是本節的“根”，要創造條件做好實驗
設計思想
本節課設計的基本理念是：以學生為主體，以學生的發展為中心，發揮物理學科教育效應優勢，促進學生知識、技能、品德三維一體的全面發展。思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發現過程是培養學生能力的關鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質的培養就成了鏡中花，水中月。本節內容比較難講，到底怎樣講學生易于接受？教學界一直在探索，本節以實驗演示引入，在引入階段讓學生充分討論兩個問題：“為什么在紫外線的照射下鋅板中的自由電子會跑出來呢？”“為什么用紅光照射鋅板打不出電子？”這樣的引入激發了學生的興趣，為即將進行的教學做好了準備。光電效應的實驗規律部分是激發學生想象力的關鍵，不能簡單地將知識灌輸給學生，“存在飽和電流、遏止電壓、截至頻率、效應的瞬時性”每一個問題都讓學生從已有的知識出發去探討，再和實驗結果進行比較，學生會真切感受到經典理論的局限性和光電效應的神奇性，增強教學效果。有了前面的鋪墊，愛因斯坦對光電效應的解釋便呼之欲出，順利成章了。整個設計以貫穿三維目標為基調，以培養學生想象了為主軸，以教材知識線索為主線。
教學目標
（一）知識與技能
1．通過實驗了解光電效應的實驗規律。
2．了解光電效應與光的電磁理論出現的矛盾。 （二）過程與方法
經歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應用科學探究的方法研究物理問題，驗證物理規律。
（三）情感、態度與價值觀
領略自然界的奇妙與和諧，發展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規律的艱辛與喜悅。
教學重點難
點
重點 ：光電效應的實驗規律 難點：難點是實驗的原理
教學策略和手段 教師啟發、引導，學生討論、交流的導學案方式
課前準備
1、學生的學習準備：學生在上課前完成導學案的預習提綱及展示質疑內容，準備好課本，課堂作業本和筆。
2、教師教學準備：檢查學生的預習情況，精心做好教學設計，細心備好課，設計好板書和課后作業，教學用具準備光電效應演示器和多媒體課件。
課堂教學設計過程
教學環節 教師活動
預設學生活動 設計意圖 導入新課 （時間4分鐘）
光究竟是什么？讓我們再次回顧歷史上對光的本性之爭。最初，牛頓認為光是一種微粒，惠更斯認為是一種波，二者都各自能解釋一些現象，由于牛頓在學術界的地位，而波動說又缺少有力的實驗事實，人們傾向于光是一種粒子的看法。直到發現了光的干涉、衍射這一波特有的現象之后，人們才開始從波的角度研究光。麥克斯韋提出光是一種電磁波，并建立了完善的電磁場理論，光的波動理論似乎很完美了。歷史就在這一刻發生了轉折，赫茲發現的光電效應光的電磁理論無法解釋，愛因斯坦提出了光的粒子性。我們今天就來學習光電效應的規律。
可以先讓學生從以往所學的知識和所學的精驗來談一談光的本質是什么？
通過介紹人類認識光本質的歷史，讓學生感受到它的漫長和曲折。
新課教學
一、什么是光電效應
（5分鐘）
師：播放視頻（光電效應現象） 我們看到了什么現象？
學：看到了驗電器張角
張開了
由于實驗室沒有光電效應演示儀，其實分組實驗里可用光電管來演示，所以播放視頻來演示什么是光電效應。
師：用什么方法可以檢驗鋅板所帶電荷的電性？
學生回答可能有很多，可以逐一分析。
師：動畫展示光電效應 并在黑板上書寫板書
為下步介紹光電管做準備
二、介紹光電管的構造和原
理 （1分鐘）
師：在多媒體上進行展示，并且講解，并提出是出來的所有的光電子都能打到A板上嗎？
學生可能會有多種回
答。
此處應該設計得很巧妙，很自然的過渡，會使學生不感覺突兀
光電管
三、實驗探究光電效應規律 （22分鐘）
實驗目的：
1、產生光電效應的條件 2、光電效應的產生時間
3、決定單位時間逸出的光電子數目的因素 4、光電子的最大初動能與哪些因素有關
光電效應的實驗是演示實驗，但是它變成分組實驗就是本節課的亮點，而光電效應的四個規律變成實驗目的，也是問題變得簡單，學生更容易接受。
用這個實驗電路圖來探究 1、產生光電效應的條件 2、光電效應的產生時間 實驗步驟：
1、按照電路圖連接好電路
2、分別用白光、紅光、綠光、藍光去照射光電管，觀察有無光電流及產生光電流的時間
3、改變光的強弱，重復步驟2
學生可能會遇到不會改變光強的問題，學生在操作的過程中給予指
導。
電路結構比較簡單，前面以經介紹光電管的原理，所以給學生做實驗的時間比較少。
師：請同學說一說你們組觀察到的現象及總
結的結論
學生總結：任何一種金
屬，都有一個截止頻率，
入射光的頻率必須大于
這個截止頻率才能產生
光電效應，低于這個頻
率的光，無論光強怎樣
大，也不能產生光電效
應。 不同金屬的截止頻率不同
只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉。
更精確的研究推知，光電子發射所經過的時間不超過10－9 秒（這個現象一般稱作“光電子的瞬時發射”）。 把結論寫到黑板上 讓學生體會到成功的喜悅
•
電流計
I A K
3.決定單位時間逸出的光電子數目的因素
實驗原理： 加正向電壓會使那些動能比較小的光電子能夠打到陽極A上，當增加正向電壓，會使打到陽極上的電子個數增多，當逸出來的所有電子都到達陽極A上時，電流最大，也就是飽和光電流。 可見，電路中的最大電流（飽和電流）可反映單位時間逸出的光電子數目 實驗步驟： 1、連接好實驗裝置 2、用綠光照射光電管，并且保持強度不變 增大兩極間的電壓，觀察光電流的變化 3、保持光的顏色不變，改用強光照射增大陰陽兩極間的電壓，觀察光電流的變化
4、換用藍光重復上面的實驗
學生得出實驗規律
實驗表明：
入射光越強，飽和電流越大；
入射光越強，單位時間
內發射的光電子數越多
從光電管陰極射出的光電子具有一定的動能。
這節課的難點就在于如
何向同學介紹飽和光電流和遏止電壓。通過實驗原理的介紹學生會清楚為什么要測量這兩個物理量，這也是本節課設計的又一個巧妙的地方。這兩個規律的探究比較復雜，用到了滑動變阻器的分壓電路，分壓電路也是高中的重點，所以給的時間也比較多。
用上面的電路圖，把光電管加反向電壓 實驗原理 為了測量光電子的動能，可以在光電管個電
極上加上反向電壓，用于阻止光電子到達陽極。回路中的光電流會隨著反向電壓的增加而減小，當反向電壓達到一定數值時，光電流將會減小到零，我們把這時的電壓稱為遏止電壓 可見，光電子的最大初始動能可以通過測量遏止電壓來確定 實驗步驟：
1、連接好實驗裝置
2、保持光的顏色不變，增大反向電壓，觀察光電流的變化，并記下當光電流為零時的遏止電壓
3、保持光的顏色不變，增大光的強度，重復步驟2
4、換用頻率更大的藍光，重復步驟2、3
加反向電壓 師：和同學一起總結結論
實驗表明:對于一定顏色(頻率)的光, 無論光的強弱如何,遏止電壓是一樣的.光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關，而與入射光的強弱無關。
陽極 G V A K
R
陰極
總結：
①只有當入射光的頻率高于某一頻率v0時才能發生光電效應，把這一頻率v0叫極限頻率 ②光電效應發生時間非常短暫，幾乎不需要時間
③單位時間內發射的光電子數目跟入射光的強度成正比
④光電子的最大初動能跟入射光的強度無關，它隨入射光的頻率增大而增大
光的電磁理論解釋光電效應遇到困難 （3分鐘）
困難一：按照光的波動理論，不論光的頻率如何，只要照射時間足夠長或入射光的強度足夠大，就可以產生光電效應。
而實驗結果表明：只有入射光的頻率v大于該金屬的極限頻率v0時，才能發生光電效應。
困難二：電子不可能在極短的時間內聚集足夠 的能量從物體中飛出。 光電效應的實驗卻表明： 入射光的照射和光電子的逸出幾乎是同時
困難三：電子要從物體中飛出的最大初動能應于入射光的強度有關。
而實驗結果表明：逸出的光電子的能量與入射光的強度無關，只取決于射光的頻率.
學生沒有學過光的波動說，所以在介紹這部分問題時學生會提出為什么波的動說這么解釋光電效應呢？可以告訴學生，波動說認為光電效應應該和燒一壺水的道理是一樣的，這樣會使學生容易接受一些。
告訴學生光電效應有三條無法解釋，有一條是和光的電磁理論是相符的。也是為下節課引出愛因斯坦
的光子說做準備
練習 （2分鐘） 精選二道例題
學生回答，
本節重點：光電效應規律，所以針對這方面選題
小結 （1分鐘）
作業
1.光電效應現象
2、知道光電管的工作原理 3. 學習如何探究光電效應的規律 4、要熟記光電效應的四條規律的內容
5.了解光電效應與光的電磁理論的矛盾 《名師一號》
板書設計
一、歷史回顧：波動說 電磁說
微粒說 粒子性 波粒二象性
二、光電效應現象 1、 定義 2、 規律
①只有當入射光的頻率高于某一頻率v0時才能發生光電效應，把這一頻率v0叫極限頻率 ②光電效應發生時間非常短暫，幾乎不需要時間
③單位時間內發射的光電子數目跟入射光的強度成正比
④光電子的最大初動能跟入射光的強度無關，它隨入射光的頻率增大而增大 三、光的電磁理論解釋光電效應遇到困難
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