高中物理-光的粒子性教學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)情分析教材分析課后反思

PAGE第十七章波粒二象性17．2光的粒子性【課程標(biāo)準(zhǔn)】通過實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)。知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．認(rèn)識(shí)光電效應(yīng)現(xiàn)象，能說出光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。2．能用愛因斯坦光電效應(yīng)方程對(duì)光電效應(yīng)作出解釋，會(huì)用光電效應(yīng)方程解決一些簡單問題。3．通過對(duì)本節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí)，感受以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)研究方法和科學(xué)家面對(duì)科學(xué)疑難時(shí)的創(chuàng)新精神?！緦W(xué)習(xí)重難點(diǎn)】1、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。2、愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義?！窘虒W(xué)用具】投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備【教學(xué)過程】（一）引入新課播放3D視頻，讓學(xué)生體驗(yàn)光的奇妙。引入：利用藍(lán)光和紅光在大腦中產(chǎn)生視差，形成3D立體圖。正是因?yàn)槿祟悓?duì)光的研究，我們有了激光—光纖通信，下載高清電影只需幾分鐘的時(shí)間，有了3D電影，和全息技術(shù)，等等。那么光到底是什么呢？這個(gè)看得見但摸不著的它是一個(gè)怎樣的存在呢？今天，我們一起來探究光的本質(zhì)——光的粒子性。早在19世紀(jì)初，托馬斯·楊、菲涅爾等人觀察到了光的干涉、衍射現(xiàn)象，說明光是一種波。到了19世紀(jì)初60、80年代，麥克斯韋和赫茲先后從理論上以及實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了光是一種電磁波，正當(dāng)人們以為光的波動(dòng)理論似乎非常完美的時(shí)候，赫茲在研究電磁波的實(shí)驗(yàn)中偶爾發(fā)現(xiàn)，接受電路的間隙如果收到光照，就更容易產(chǎn)生電火花的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象用波動(dòng)說無法解釋，引起了許多科學(xué)家的關(guān)注，使得人們對(duì)光的又一本質(zhì)性認(rèn)識(shí)得到了發(fā)展。今天，我們用紫外線燈照射鋅板觀察這一現(xiàn)象，請(qǐng)看視頻。（二）進(jìn)行新課1．光電效應(yīng)老師：播放實(shí)驗(yàn)演示視頻，觀察驗(yàn)電器指針的變化。學(xué)生：認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)。老師：上述實(shí)驗(yàn)說明了什么？學(xué)生：表明鋅板在射線照射下帶電。老師：猜想鋅板為什么會(huì)帶電？學(xué)生：電子在原子外振動(dòng)，當(dāng)光照射電子時(shí)，它吸收光的能量，振動(dòng)加劇，逸出金屬表面，使得鋅板帶正電。概念：當(dāng)光線照射在金屬表面時(shí)，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)。（板書）逸出的電子稱為光電子。2．光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律（1）光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)如圖所示，真空玻璃管中有陰極K和陽極A，當(dāng)K極板受到某一光照時(shí)能夠發(fā)射光電子，光電子逸出后向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，便有少部分電子會(huì)打到陽極A上，此時(shí)用導(dǎo)線將電極與靈敏計(jì)相連，會(huì)有什么現(xiàn)象？學(xué)生：電路中有微弱的電流產(chǎn)生，靈敏電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)。老師：我們把這電流稱為光電流，思考怎樣增大光電流，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯？學(xué)生：①加大入射光照的強(qiáng)度，激發(fā)出更多的電子。②在兩極上加正向電壓，A接電源正極，K接電源負(fù)極。老師：如何電路電流I=0？學(xué)生：將電源正負(fù)極顛倒，加反向電壓，電子在減速電場(chǎng)的作用下不能達(dá)到陽極，電路中電流為0.老師：在光電效應(yīng)的電路中，通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，改變兩極板間電壓，測(cè)出不同光照下光電流隨電壓的變化曲線?？磳?dǎo)學(xué)案圖17.2-3，橫縱坐標(biāo)分別為？學(xué)生：橫坐標(biāo)為兩極板所加電壓，縱坐標(biāo)為電路的光電流。老師：入射光分別為？學(xué)生：黃光（強(qiáng)）、藍(lán)光、黃光（弱）老師：請(qǐng)同學(xué)們按小組討論導(dǎo)學(xué)案上的三個(gè)小問，然后小組代表回答。時(shí)間3分鐘，開始！（板書）老師：①入射光為某一單色光，如黃光（強(qiáng)）時(shí)，光電流隨電壓如何變化？學(xué)生：若加正向電壓，光電流先隨所加電壓的增大而增大，然后趨于一飽和值。老師：很好，說明存在飽和電流，請(qǐng)坐?。ò鍟┩瑢W(xué)思考，為什么會(huì)存在飽和電流呢？學(xué)生：在一定的光照條件下，單位時(shí)間內(nèi)陰極K發(fā)射的光電子的數(shù)目是一定的，電壓增加到一定值時(shí)，所有光電子都被陽極A吸收，這時(shí)，即使再增大電壓，電流也不會(huì)增大。老師：解釋的非常好，②改變?nèi)肷涔獾膹?qiáng)度，如對(duì)比黃光（強(qiáng)）和黃光（弱），有何不同之處？學(xué)生：入射光越強(qiáng)，飽和電流值越大，因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。老師：相同之處？學(xué)生：使電路中的光電流為0的反向電壓值相同。老師：我們把使光電流減小到0的反向電壓稱為遏止電壓，（板書）用字母UC表示，入射光的頻率相同，遏止電壓相同。老師：設(shè)光電子逸出金屬表面的初動(dòng)能為meve2/2，光電子克服電場(chǎng)力作功為多少？學(xué)生：根據(jù)動(dòng)能定理，有（板書）老師：說明光電子的能量與什么有關(guān)？與什么無關(guān)？判斷依據(jù)是什么？學(xué)生：光電子的能量只與入射光頻率有關(guān)，與入射光的強(qiáng)度無關(guān)。依據(jù)：入射都為黃光時(shí)，光頻率相同，遏止電壓UC相同，入射光變?yōu)樗{(lán)光時(shí)，入射光頻率發(fā)生變化，遏止電壓UC也變了。老師：同學(xué)們總結(jié)的都非常好，同時(shí)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)入射光的頻率逐漸減小到某一數(shù)值時(shí)，即使不加反向電壓也沒有光電流，也就是沒有什么的產(chǎn)生？學(xué)生：沒有光電子的產(chǎn)生。老師：我們把稱為這一頻率，截止頻率，或極限頻率，νc。（板書）不同金屬的截止頻率不同，看導(dǎo)學(xué)案上表1，鎢的截止頻率最大，銣的截止頻率最小，當(dāng)入射光頻率ν<νc時(shí)，無論光強(qiáng)多大也無電子逸出金屬表面，當(dāng)入射光頻率ν>νc時(shí)，電子才能逸出金屬表面，并且無論入射光怎樣微弱，幾乎照到金屬時(shí)立即產(chǎn)生光電流，時(shí)間不超過10-9s，所以光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的，具有瞬時(shí)性。老師：總結(jié)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律有哪些？學(xué)生：①存在飽和電流：入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的光電子數(shù)越多，飽和電流越大。②存在遏止電壓：光電子能力只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光強(qiáng)度無關(guān)。存在截止頻率：入射光的頻率低于截止頻率時(shí)，不發(fā)生光電效應(yīng)。③具有瞬時(shí)性。3．光電效應(yīng)解釋中的疑難老師：光電效應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)了，實(shí)驗(yàn)規(guī)律也找到了，關(guān)鍵就在于解釋這些實(shí)驗(yàn)規(guī)律了。我們知道，金屬中原子外層的電子會(huì)在原子核的束縛下做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，電子要從金屬中掙脫出來，必須克服這種束縛力做功，，我們定義電子脫離某種金屬做功的最小值為這種金屬的逸出功，用W0表示。如果按照光的電磁理論，我們會(huì)得到以下三個(gè)結(jié)論：光越強(qiáng)，光電子的初動(dòng)能應(yīng)該越大，所以遏止電壓UC應(yīng)與光的強(qiáng)弱有關(guān)。（）不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率。（）③ 如果光很弱,電子需幾分鐘到十幾分鐘的時(shí)間才能獲得逸出表面所需的能量，這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10-9S。()這些結(jié)論與我們光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律是否相符呢？學(xué)生：都不相符。老師：這說明傳統(tǒng)的理論已經(jīng)解釋不了新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，我們急需一種新的觀念，新的思想，新的理念。4．愛因斯坦的光電效應(yīng)方程（1）愛因斯坦的光子說此時(shí)，年輕的愛因斯坦出場(chǎng)了，年僅26歲的他，受到普朗克提出的能量子的啟發(fā)，提出：光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)能量是一份一份的，而且光本身就是由一個(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，這一理論被稱為光子說。（2）愛因斯坦的光電效應(yīng)方程并且愛因斯坦解釋道：在光電效應(yīng)中，金屬中的電子吸收了一個(gè)光子的能量，一部分消耗在電子逸出功W0，另一部分變?yōu)楣怆娮右莩龊蟮膭?dòng)能Ek。由能量守恒我們可得出什么？學(xué)生：W0為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功；Ek為光電子逸出時(shí)具有的初動(dòng)能。老師：由于在金屬內(nèi)部靠里的電子逸出時(shí)還需要克服表層原子核的束縛，這里的動(dòng)能Ek便電子逸出時(shí)的最大動(dòng)能。（3）愛因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋：老師：我們說愛因斯坦的光電效應(yīng)方程在普朗克能量量子假說上前進(jìn)了一大步，他不僅肯定了能量量子假說，還發(fā)展了光的量子化觀點(diǎn)，提出光子的概念，那么，愛因斯坦又是如何根據(jù)他的方程解釋光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，解決光的電磁理論里出現(xiàn)的問題的呢？請(qǐng)同學(xué)們對(duì)照之前三個(gè)疑問，小組討論，然后代表回答。學(xué)生：（1）愛因斯坦方程里沒有涉及到光強(qiáng)，方程表明，光電子的初動(dòng)能Ek只與入射光的頻率有關(guān)，與光強(qiáng)無關(guān)，所以遏止電壓UC應(yīng)與光的強(qiáng)弱無關(guān)。只有當(dāng)ν>νc時(shí)，才有光電子逸出，就是光電效應(yīng)的截止頻率。（2）對(duì)于同種顏色（頻率）的光，光強(qiáng)較大時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大。（3）電子一次性吸收光子的全部能量，不需要積累能量的時(shí)間，光電流自然幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的。愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因?yàn)樗耆`背了光的波動(dòng)理論。5．光電效應(yīng)理論的驗(yàn)證美國物理學(xué)家密立根，花了十年時(shí)間做了“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，結(jié)果在1915年證實(shí)了愛因斯坦方程，h的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過著名的油滴實(shí)驗(yàn)，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。請(qǐng)同學(xué)自己整理，并完成目標(biāo)檢測(cè)2、3點(diǎn)評(píng)：應(yīng)用物理學(xué)家的歷史資料，對(duì)學(xué)生進(jìn)行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，激發(fā)學(xué)生的探索精神。（三）課堂小結(jié)通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你收獲了什么？（四）作業(yè)：課本“問題與練習(xí)”1～5題?！?7.2光的粒子性》學(xué)情分析威海四中謝麗娟雖然光是學(xué)生們每天都接觸的一種物質(zhì)，但是對(duì)于它的本質(zhì)，它的性質(zhì)，學(xué)生們并不了解，又由于本節(jié)內(nèi)容是本章的重點(diǎn)，為了激發(fā)學(xué)生們對(duì)光本質(zhì)的探究，我設(shè)計(jì)了學(xué)生們?？吹?D影片作為開篇，但這個(gè)3D又不同于電影院的3D，通過對(duì)比和分析，學(xué)生們對(duì)光是什么的興趣油然而生。此外，由于學(xué)生的基礎(chǔ)較差，在課堂設(shè)計(jì)中，建立在老師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的前提下，先讓學(xué)生有個(gè)獨(dú)立思考的時(shí)間，再讓他們相互討論，然后代表回答，最后老師總結(jié)點(diǎn)評(píng)，并將較難的問題，分解成一個(gè)個(gè)階梯型小問，步步為營，節(jié)節(jié)高升。最后，在班級(jí)氛圍的調(diào)動(dòng)上，一組帶點(diǎn)，通過小組討論的方式也能激起討論，互補(bǔ)，共贏的學(xué)習(xí)氛圍?！?7.2光的粒子性》效果分析威海四中謝麗娟本節(jié)課圍繞著課標(biāo)提出的三個(gè)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、認(rèn)識(shí)光電效應(yīng)現(xiàn)象，能說出光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，并會(huì)通過光電效應(yīng)判斷電磁理論結(jié)論的正確性。2、能用愛因斯坦光電效應(yīng)方程對(duì)光電效應(yīng)作出解釋，會(huì)用光電效應(yīng)方程解決一些簡單問題。3、通過對(duì)本節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí)，感受以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)研究方法和科學(xué)家面對(duì)科學(xué)疑難時(shí)的創(chuàng)新精神。不僅體現(xiàn)對(duì)知識(shí)與過程的學(xué)習(xí)，還展現(xiàn)了情感價(jià)值觀的培養(yǎng)，并且在整個(gè)教學(xué)中也體現(xiàn)的較好。首先，在課堂的引入上，老師利用3D小視頻，充分吸取了學(xué)生的關(guān)注力，和對(duì)光的興趣。短短兩分鐘的引入，效果較顯著。其次，在目標(biāo)一的處理上，將課本中的光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)電路圖拆分，由學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程，再通過小組討論分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線，得出實(shí)驗(yàn)規(guī)律，最后在老師的點(diǎn)評(píng)與啟發(fā)下，自己總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，并完成目標(biāo)檢測(cè)1，快速有效。然后在目標(biāo)二的引入中，由傳統(tǒng)的光的電磁學(xué)中出現(xiàn)的疑難問題作為過渡，并前后與愛因斯坦光電效應(yīng)方程的對(duì)比，更是體現(xiàn)了光電效應(yīng)方程的重要意義。最后的課堂小結(jié)由學(xué)生談收獲，展現(xiàn)了學(xué)生的主體性?！?7.2光的粒子性》教材分析威海四中謝麗娟本節(jié)知識(shí)由光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律、光電效應(yīng)解釋中的疑難，愛因斯坦的光電效應(yīng)方程、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量五部分組成，內(nèi)容較多，難度也較大，教材把這些內(nèi)容放在一節(jié)里，是希望通過這一節(jié)的學(xué)習(xí)能讓學(xué)生對(duì)光子有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)，需分成兩個(gè)課時(shí)，本視頻便是本節(jié)內(nèi)容的第一課時(shí)。本節(jié)知識(shí)也是本章的重點(diǎn)內(nèi)容，光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)是認(rèn)識(shí)光的粒子性的重要依據(jù)，愛因斯坦用量子思想對(duì)光電效應(yīng)的解釋是科學(xué)轉(zhuǎn)折的重大信號(hào)，更多的科學(xué)家開始關(guān)注普朗克提出的量子觀點(diǎn)，并開創(chuàng)了新的局面。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)室本節(jié)的“根”，但是由于學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備不夠齊全，所以在網(wǎng)上找到視頻，并剪接有效部分，也能激發(fā)學(xué)生對(duì)現(xiàn)象的好奇心和探索欲。光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律對(duì)于這部分的內(nèi)容，教材是按歷史的發(fā)展展開的，目的是使學(xué)生能從科學(xué)家的工作中感悟科學(xué)探究的精髓，從光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律出發(fā)，為正確解釋該現(xiàn)象，提出光量子假說，在此基礎(chǔ)上推出理論方程，并得到實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。在這樣一個(gè)科學(xué)探究的歷史過程中，提出問題、猜想與假設(shè)、分析論證等要素十分突出，可結(jié)合教科書圖17.2-3著重分析說明實(shí)驗(yàn)規(guī)律和飽和電流、遏止電壓、截止頻率，為下一段教學(xué)打下基礎(chǔ)。二、光電效應(yīng)解釋中的疑難在“光電效應(yīng)解釋中的疑難”的教學(xué)中，為防止學(xué)生將剛總結(jié)完的光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律與光的電磁學(xué)結(jié)論混淆，此處采用的是直接拋出光的電磁學(xué)結(jié)論，讓學(xué)生判斷是否符合前面的光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，從而為愛因斯坦的光電效應(yīng)方程做好鋪墊。愛因斯坦的光電效應(yīng)方程“愛因斯坦的光電效應(yīng)方程”的教學(xué)既是本節(jié)課的重點(diǎn)，也是本節(jié)課的難點(diǎn)，教學(xué)中要讓學(xué)生理解愛因斯坦光量子假說的具體含義，也要明確愛因斯坦光量子假說與普朗克能量子假說的區(qū)別。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)金屬中一個(gè)電子應(yīng)用能量守恒分析光電子的逸出過程，從而得出愛因斯坦光電效應(yīng)方程，并闡述方程中每個(gè)物理量的意義，知道學(xué)生應(yīng)用光電效應(yīng)方程解釋光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律?！?7.2光的粒子性》測(cè)評(píng)練習(xí)在可見光范圍內(nèi)，哪種色光的光子能量最大？想想看，這種光是否一定最亮？為什么？在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中：如果入射光的波長確定而強(qiáng)度增加，將產(chǎn)生什么結(jié)果？如果入射光的頻率增加，將產(chǎn)生什么結(jié)果？金屬A在一束綠光照射下能發(fā)生光電效應(yīng)，先用紫光或紅光照射，能否發(fā)生光電效應(yīng)？紫光照射A、B兩種金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，為什么逸出金屬表面的光電子的最大速度大小不同？鋁的逸出功是4.2eV，現(xiàn)在將波長為200nm的光照射鋁的表面。求光電子的最大初動(dòng)能。求遏制電壓。求鋁的截止頻率。5、根據(jù)圖17.2-2所示的電路，利用能夠產(chǎn)生光電效應(yīng)的兩種（或多種）頻率已知的光來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，怎樣測(cè)出普朗克常量？根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明實(shí)驗(yàn)步驟和應(yīng)該測(cè)量的物理量，寫出根據(jù)本實(shí)驗(yàn)計(jì)算普朗克常量的關(guān)系式?！?7.2光的粒子性》課后反思威海四中謝麗娟1、本