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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》北京市 - 海淀區
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新人教版高中物理選修三《 17.2 光的粒子性》北京市 - 海淀區
指導思想
高中新課程改革在課程實施上注重學生的自主學習,提倡教學方式的多樣化。高中物理課程應促進學生自主學習,讓學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考。通過多樣化的教學方式,幫助學生學習物理知識與技能,培養其科學探究能力,使其逐步形成科學態度與科學精神。
《光的粒子性》這節課的目的是通過學生對光電效應現象的觀察和實驗規律的認識,從而實現光的波動性到粒子性的認知轉變。同時感受科學家敢于質疑、勇于創新、用心鉆研的科學精神。但由于本節課的新概念較多,實驗現象不易顯現,實驗規律較復雜等因素,造成學生理解存在困難,也給教師教學帶來了困難。在教學中教師往往容易將概念和規律通過閱讀教材中實驗結論的教學方式,硬生生的塞給學生,從而讓學生接受光的粒子說。
為了能夠讓學生能夠積極參與課堂,培養其科學探究的能力和自主學習的習慣。在本節課的設計中教師將實驗器材進行改進,從而使實驗現象變得容易觀察,通過一系列的實驗讓學生記錄實驗現象,并思考現象背后說明的物理規律,隨后通過小組討論的方式發現利用光的波動說理論解釋實驗現象存在矛盾,從而自然而然的構建新的粒子說理論成功解釋實驗現象,最終實現認知的自然轉變。同時感受科學家的質疑、創新、鉆研的科學精神。
2教材分析學情分析
本章根據科學發展的歷史脈絡展現了人類認識微觀粒子的波粒二象性。本節主要為愛因斯坦在普朗克的基礎上推廣了普朗克假說。指出光本身是由不連續的能量單元所組成的能量流。由此,光電效應的全部實驗結果都可以圓滿解釋。光電效應是認識光的粒子性的重要依據,愛因斯坦量子思想對光電效應的解釋是科學轉折的重大信號,因此本節是本章的重點知識。本節知識由光電效應的實驗現象、實驗規律、解釋中的困難、愛因斯坦光電效應方程幾部分組成。由于本節內容較多、新概念較多、對實驗規律的理解和解釋難度也較大,因此本節也是本章的難點知識。
對于光的本性研究,學生了解了牛頓的微粒說,之后通過學習光的干涉、衍射和偏振現象認識到了光的波動性。而本節知識是讓學生發生從光的波動性向光的粒子性認識的思維轉變。同時光電效應實驗規律本身由于新概念較多,實驗規律也比較復雜難理解,因此學生在思維認識上存在一定的困難。在教學中不能“硬生生”的將這種思維塞給學生,而需要學生通過對實驗規律進行探究,并在解釋實驗規律中發現困難,從而自然而然的用新理論進行解釋。最終達到學生自然而然的發生思維轉變的目的。教師除了教授學生知識之外,還要讓學生在學習的過程中體會物理學的每一個重大發現都改變著人類的自然觀、科學觀和思維方式,希望學生也能像科學家那樣去思考。
3教學目標
知識與技能:
(1)通過實驗了解光電效應;
(2)通過實驗了解光電效應的實驗規律;
(3)知道經典波動說的困境并會用愛因斯坦光電效應方程解釋實驗規律;
(4)知道愛因斯坦光電效應方程的意義。
過程與方法:
(1)經歷探究光電效應實驗規律的過程,認識物理實驗在物理學發展過程中的作用;
(2)經歷人類對光的本性探究的過程中的歷史性的轉變。
情感態度與價值觀:
經歷光電效應規律的探究和對現象進行解釋,從建立新認知的過程,培養學生樂于探究自然界的奧秘,能體驗探究自然規律的艱辛和喜悅。發展對科學的好奇心和求知欲。
4教學重點難點
教學重點:(1)光電效應的現象和實驗規律;
(2)能用愛因斯坦光電效應方程解釋光電效應的規律。
教學難點:(1)光電效應實驗規律的探究;
(2)用愛因斯坦光電效應方程解釋光電效應規律。
5教學流程圖
6教學資源
鋅板、紫外線光源、普通光源、驗電器、導線、皮毛、橡膠棒、普朗克常數測定儀。
7教學過程
7.1第一學時
7.1.1教學活動
活動1【導入】環節1 回顧歷史
教師:請嘗試回顧人類對光的本性的研究歷史。
學生:回顧并表述
教學意圖:回顧牛頓的微粒說和惠更斯和波動說。知道在探究歷史中的某個階段光的波動說漸成真理。
活動2【活動】環節2 認識光電效應
教師:演示光電效應實驗:
鋅板與驗電器相連,并讓鋅板帶負電。用紫外線照射鋅板。
任務一、請表述實驗現象,并思考說明了什么問題。
電子為什么會逸出?
學生:
(1)觀察現象并表述:發現帶負電的與鋅板連接的驗電器張角變小。
(2)思考: 說明紫外線照射后鋅板帶正電。電子逸出。
教學意圖:觀察光電效應現象,并思考本質。為逸出功做一定鋪墊。
活動3【活動】環節3 探究光電效應規律
教師:光電效應規律的探究:
實驗1:將紫外線更換為白光,是否發生光電效應?
利用普朗克常量測定儀演示:
介紹光電管實驗電路,并根據原理分析可能會出現的現象。
實驗2:觀察打開光源,光電流是否立刻產生;
實驗3:正向電壓不斷增加,光電流是否持續增加;
燈越近,光強變強,飽和電流是否變化;
實驗4:加反向電壓,各種色光遏止電壓是否相同;
加一定顏色的光,改變光強,看遏止電壓是否變化。
學生:
觀察、記錄實驗現象。
實驗1:白光照射不發生光電效應,說明存在截止頻率。入射光頻率高于截止頻率才能發生光電效應。
實驗2:光電效應具有瞬時性。
實驗3:存在飽和電流;光強越強,飽和光電流越大。
實驗4:不相同;綠光的高于紅光的;截止電壓不隨光強發生變化。
教師:請同學們小組討論交流,這些實驗現象說明了什么問題。(總結光電效應實驗規律。)教師在學生交流中給出截止頻率、遏止電壓、最大初動能的概念。
學生:討論總結:
(1)入射光的頻率高于金屬的截止頻率(νc)才會發生光電效應;(條件)
(2)光電效應具有瞬時性;3、飽和光電流的大小隨入射光的強度增大而增大;
(3)光電子的最大初動能與入射光的頻率有關,與光強無關;
教學意圖:通過實驗探究了解光電效應的實驗規律。
活動4【活動】環節4 光的電磁理論解釋實驗的苦難
教師:任務三、光的電磁理論認為:
(1)能量具有連續的積累效應:光的能量不斷射來,能量不斷增加。
(2)光的能量是由光的強度決定的,而光的強度又是由光的振幅決定的,跟頻率無關。
請以小組為單位進行交流,嘗試用光的電磁理論解釋光電效應現象,看看能否全解釋,是否存在困難和矛盾的地方。(教師給出逸出功的概念)
學生:討論并表述交流的結果:
(1)可以解釋光強越強,光電流越大;
(2)不能解釋,遏止電壓與光強無關;
(3)不能解釋存在截止頻率;
(4)不能解釋瞬時性。
教學意圖:知道經典波動說的困境。
活動5【練習】環節5 理論推理愛因斯坦光電效應方程并解釋光電效應現象。
教師:任務四、請利用愛因斯坦的光子說,嘗試寫出最大初動能與入射光頻率間的關系。
愛因斯坦在1905年發表的《關于光的產生和轉化的一個試探性觀點》中表示,光不僅在發射和吸收時能量是一份一份的,而且 光本身就是由一個個不可分割的能量子組成,頻率為ν的光的能量子為hν,h為普朗克常量。這些能量子后來稱為光子。
給出光強的定義:在頻率一定的情況下,單位時間內的光子越多,光就越強。
學生:推導愛因斯坦光電效應方程。
教師:任務五、嘗試用愛因斯坦的光子說解釋光電效應規律。
教學意圖:會用愛因斯坦光電效應方程解釋實驗規律。
活動6【講授】環節6： 光電效應方程的意義。
教師:思考:愛因斯坦光電效應方程的實際意義是什么?
學生:光子像其他粒子一樣,也具有能量。光電效應顯示了光的粒子性。
教師:愛因斯坦由于發現了光電效應的規律而獲得1921年的諾貝爾物理學獎。
物理學的每一重大發現都改變著人類的自然觀、科學觀和思維方式�？茖W文化素質不僅指科學知識方面的素養,它還有更高的層次,就是科學方法、科學意識和科學精神。
教學意圖:知道愛因斯坦光電效應方程的意義。
活動7【作業】作業
嘗試解釋實驗規律:
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