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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》浙江
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新人教版高中物理選修三 17.2 《光的粒子性》浙江省臺州中學
17.2 《光的粒子性》教學設計
浙江省臺州中學 賴如未
【設計理念】
物理觀念和探究實驗是物理核心素養中的兩個重要方面。結合本節課的內容特點，通過問題和活動任務的設計，引導學生經歷知識的獲取過程，從中培養和發展學生物理觀念和探究能力。
在本節學習過程中，穿插歷史介紹，展示人類對光的本性曲折的研究過程，同時讓學生體會光電效應是光的本性探究過程中的一次轉折，具有非同尋常的意義。在探究光電效應實驗規律過程中，教師充分調動學生的積極性，使學生參與到實驗的設計和操作過程中，在實驗中學習規律和伴隨出現的概念，培養其探究能力和學習興趣。另外，在實驗設計過程中，教師激發學生的思維，培養學生運用所學知識分析解決問題的能力，例如：將測量單位時間內逸出的光電子數轉化為測量飽和電流，體會將不可測量的量轉化為易測量的量這種轉換的思想方法。在實驗規律的理論分析過程中，引導學生以電磁理論觀點和光電效應方程解釋實驗規律，從而自我體驗到運用前者時遇到困難和運用后者時得以圓滿，使學生充分體會觀念更新的意義，以及在這個過程中認識到新的理論往往是在矛盾中誕生。在學生用光電效應方程成功解釋實驗規律之后，提出其方程在當時并不被接受，進一步介紹密立根實驗，使學生充分認識到光電效應方程的發展過程，體會一個新理論被普遍接受的需要一個艱辛過程，但終將會被接受。
【教材分析】
《光的粒子性》選自人民教育出版社新課標《物理》選修3-5第十七章第二節。本節知識是本章的主要內容，由光電效應實驗規律，光電效應解釋疑難和光電效應方程組成，內容較多、難度較大。本節要求學生了解飽和電流、遏制電壓和截止頻率等概念，理解光電效應實驗規律：①光電效應的產生條件c；②存在飽和電流，光強越強，飽和電流越大；③頻率越高，遏制電壓越大，以及會用愛因斯坦方程解釋實驗規律。光電效應實驗是本節的“根”，要創造條件做好實驗。
【學情分析】
學生已具備一定的邏輯思維和科學探究能力，因此教師要激發學生的參與意識，讓學生充分參與到實驗的探究、設計和演示過程中，引導學生總結得到光電效應的實驗規律。本節課是本章的重點，需掌握的概念與規律多且復雜，教師要通過實驗演示與理論分析引導學生思考、理解這些概念與規律。此外，學生通過之前的學習已經充分認識到光的波動性，使學生體會光的波動理論與光電效應實驗規律的矛盾，再提出新理論解釋光電效應規律，從而幫助學生克服思維轉變上的困難。
【課時安排】
1課時
【教學目標】
一、知識與技能：
1、 知道光電效應現象和光電子的概念；
2、 理解光電效應的實驗規律，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方程，會用光電效應方程解決簡單問題； 二、 過程與方法
1、經歷實驗的過程和實驗規律的總結，培養探究能力；
2、體會把不可直接測量的量轉化為易測量的量的研究方法，掌握轉換的思想方法； 三、情感態度與價值觀
1、經歷實驗的探究、設計、演示過程，增強學生學習物理的興趣和自信心；
2、通過對光電效應規律進行解釋從而建立新認知的過程，體會探究自然規律的艱辛與樂趣。 【教學重難點】
1、 教學重點
光電效應現象及實驗規律，會用愛因斯坦光電效應方程解釋實驗規律。 2、 教學難點
光電效應實驗規律，會用愛因斯坦光電效應方程解釋實驗規律 【教學方法】
1.教法：
問題教學法、實驗探究法、講授法
2．學法：
觀察法、實驗探究法、分析歸納法 【教學過程】 教師活動
學生活動
教學媒體
達到目標 一、回顧歷史，導入新課
1、簡單介紹歷史上人類對光的本性的認識過程
2、提出：在光的波動性漸成真理的同時，發現了一個令人不安的現象。
聆聽 產生疑惑：這個令人不安的現象是什么 ppt展示 激起學生的學習興趣
二、光電效應現象
1、演示光電效應現象：紫外線照射鋅板，觀測與鋅板相連的驗電器張角變化
2、總結光電效應現象的定義：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出，這就是光電效應現象，這種電子常被稱為光電子
1、 觀察實驗現象 2、總結光電
效應的定義
實驗儀器：鋅板、驗電器、毛皮、橡膠棒、
紫外燈、
ppt、攝像頭
認識光電
效應現象
三、光電效應的產生條件
1、提問：如果用其它光照射鋅板是否也會觀測到光電效應現象呢？ 2、演示實驗：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現象，說明光電效應的產生是需要條件的，這個條件是什么呢？ 4、通過演示實驗驗證學生的猜想是否正確，如課堂上學生提出需要一定的光強；需要足夠的光照時間，則演示實驗：用
更強的白光照射鋅板，觀測實驗現象；延長白光照射鋅板的時間，繼續觀測實驗現象。 5、請學生總結實驗結論：光電效應產生條件只與光的頻率有關，與光照時間、光照強度無關。
6、補充：科學家進一步實驗表明，只要光照頻率大于某一值c時，就能發生光電效應，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、聆聽 實驗儀器：鋅板、驗電器、毛皮、橡膠棒、可調亮度臺燈、攝像頭 PPT
板書：光電效
應產生條件c
學生通過
實驗總結光電效應的產生條
件 四、提出探究內容
（1）提問：光電效應發生時，存在什么規律呢？同學們有什么想要進一步了解的？
（2）總結學生提出的探究內容，例如課堂上學生提出：單位時間內逸出的光電子數，逸出的光電子數與什么因素有關？逸出的光電子的初速度是多大，與什么因素有關？逸出的光電子初動量多大？
思考、回答
板書：學生提出的探究內容
激發學生發散思維，培養創新能力
五、探究單位時間內逸出的光電子數，逸出的光電子數與什么因素有關？
（1）提問：肉眼無法觀測到光電子，我們如何測量單位時間逸出的光電子數呢？
（2）引導學生提出解決方案：將光電子轉化為電流。
（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生的：發生光電效應時，陰極K發出的光電子到達陽極A形成電流。
（4）結合動畫告知學生：K板逸出的光電子速度方向各異，并不能全部到達A板，并引導學生提出解決方案：在板間加電場。 （5）基于學生的解決方案，將改進之后的電路原理圖展示給學生，并做簡單介紹，與此同時，介紹實驗使用的光電管。
1、思考：如何測量單位時間逸出的
光電子數
2、回答、聆聽、思考 3、觀察實驗
現象、總結規律 ppt動畫、ppt圖片、攝像頭 實驗儀器：光
電管、電源、
導線、滑動變阻器、電壓表、
電流表、亮度
可調型臺燈
板書：光強越
強，飽和電流越大
呼應學生提出的探究內容，滿足學生的實際需求 體會轉換的物理思想：將不可測量的量轉化為易測量的量
（6）演示實驗：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。把這個最大電流稱為飽和電流。并提問：為何電流會飽和？飽和電流能直接反映單位時間時間內逸出的電子數嗎？ （8）總結：一定光照條件下，飽和電流穩定，說明一定光照條件下，單位時間內逸出的光電子數是一定的。
（9）提問：單位時間逸出的光電子數與什么因素有關呢？ （10）通過演示實驗驗證學生的猜想，例如課堂上學生猜想與光強有關，則演示：改變光照強度，測量飽和電流。
（11）學生總結實驗規律：光照強度越強，飽和電流越大，單位時間內逸出的電子數越多。
經歷實驗設計與探究，培養探究能力和學習興趣
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）結合學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動，調整電壓大小使電子到達A板前瞬間速度減
為0，根據動能定理eU=2
2
1mv，測量電壓U即可得到光電子初動能。（如學生無法想到加反向電壓，則通過類比“如何間接測量上拋運動的初速度”來引導學生得到答案。）
（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對應的是什么時候的速度？ （5）學生回答之后，將板書ecU=22
1mv改寫成ecU=2
21cmv，
cv為最大初速度。
（6）實驗演示：測量在較弱白光照射下的遏制電壓，學生觀測
實驗現象，讀出遏制電壓大小。
（7）提問：初速度大小與什么因素有關呢？
（8）通過實驗驗證學生的猜想。例如課堂上學生提出與光照強度、光的顏色有關。則演示實驗1：測量在較強白光照射下的遏
思考
聆聽 觀察實驗現
象、總結實驗
規律
ppt圖片、攝像頭
實驗儀器：光電管、電源、導線、滑動變阻器、電壓表、電流表、亮度可調型臺燈、紫外燈 板書：
ecU=2
21c
mv頻率越高，遏制電壓越大
經歷實驗
探究過程，在此過程中理解遏制電壓的概念、掌握實驗規
律：頻率
越高，遏
制電壓越大
制電壓；得出結論1：遏制電壓與光照強度無關。演示實驗2：測量紫外光照射下的遏制電壓。
（9）學生總結實驗規律：遏制電壓只與光的頻率有關，頻率越大，遏制電壓越大，即光電子的初速度越大。
4、瞬時性
補充：光電效應具有瞬時性。通過實驗演示：光照射金屬板時
立即產生光電流，幾乎不需要時間。
觀察實驗現
象
實驗儀器：光電管、電源、導線、滑動變阻器、電壓表、電流表、臺燈 板書：瞬時性
通過實驗直觀感受光電效應的瞬時性
四、電磁理論解釋中的疑難
（1）提出：在當時歷史環境下，光的電磁理論占據主導地位，也請同學們用光的電磁理論來解釋一下為什么會出現這些實驗規律。
（2）補充知識點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
合圖像簡單解釋電子從金屬中逸出做功大小有所不同，強調將
做功的最小值定義為逸出功。）
（3）補充知識點2：光的電磁理論認為光的強度是由光的振幅決定，與頻率無關。電子吸收光能就像我們喝飲料一樣，可以任意吸收多少。
（4）學生嘗試用電磁理論解釋光電效應規律，在此過程中自主發現電磁理論無法解釋全部實驗規律甚至與一些規律矛盾。
聆聽
以電磁理論觀點解釋實
驗規律
產生疑惑：電
磁理論無法
解釋光電效
應且與一些
規律矛盾
ppt 板書
體會電磁理論的局限，為新理論的提出做好鋪墊 五、愛因斯坦光電效應方程
(1)提出：各國科學家都努力嘗試去解釋這一令人不安的現象，
直到愛因斯坦在普朗克能量子假說的啟發下提出：光本身就是由一個個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）引導學生得到愛因斯坦光電效應方程：0WhEk ，并通過提問的方式讓學生意識到此時的初動能應是最大初動能。 1、聆聽、思考
2、利用光電
效應方程解
釋實驗規律
3、思考：密
ppt 板書
通過對光
電效應實驗規律的解釋，促進學生進一步掌握光電效應
（3）提問：若電子吸收一個光電子后，能量不足以使其克服逸出功，或怎么樣？在學生回答之后告知學生：電子一次吸收兩個光子的概率低到可忽略不計，所以認為電子一次只能吸收一個光子。
（4）請學生用愛因斯坦光電效應方程解釋光電效應實驗規律。學生在解釋“光強越強，飽和電流越大”時會出現困難，此時告知學生nhP，輔助學生解釋這一規律，并將此規律完整成：照射光顏色不變時，光越強，飽和電流越大。
（5）提出愛因斯坦的理論起初并不被接受，其中有一個反對其觀點的科學家密立根通過實驗驗證了其方程的正確性，同時介紹密立根的實驗思想，以及通過提問、引導的方式讓學生得到如何通過光電效應實驗間接測量普朗克常量。
立根是如何測量得到普朗克常量的 實驗規律和光電效應方程 體會一個新理論被接受需要一個艱辛的過程，但一定會被接受
【教學反思】
1、光電效應實驗規律和伴隨出現的概念較難理解，教師創造條件進行實驗演示，驅動學生參與到實驗的設計和操作中，利用實驗搭建學習支架，使實驗規律和概念具體、直觀地展示在學生眼前，學生根據所見總結概括出需要掌握的內容。
2、根據當前學生的知識水平和所學內容的難度要求，本節課宜采用探究式和接受式相結合的教學方法，既培養學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難度，避免學生產生畏難情緒。
視頻來源：優質課網 www.jjlqy.cn
