高三物理教案:《光电效应》教学设计.docx
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1、高三物理教案:光电效应教学设计高三物理光电效应教案26 第一节光电效应三维教学目标1、学问与技能(1)通过试验了解光电效应的试验规律。(2)知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。(3)了解康普顿效应,了解光子的动量2、过程与方法:经验科学探究过程,相识科学探究的意义,尝试应用科学探究的方法探讨物理问题,验证物理规律。3、情感、看法与价值观:领会自然界的奇异与和谐,发展对科学的新奇心与求知欲,乐于探究自然界的奇妙,能体验探究自然规律的艰辛与喜悦。教学重点:光电效应的试验规律教学难点:爱因斯坦光电效应方程以及意义教学方法:老师启发、引导,学生探讨、沟通。教学用具:投影片,多媒体协助教学设备(一)引入新
2、课回顾前面的学习,总结人类对光的本性的相识的发展过程?(多媒体投影,见课件。)光的干涉、衍射现象说明光是电磁波,光的偏振现象进一步说明光还是横波。19世纪60年头,麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。然而,出人意料的是,正值人们以为光的波动理论好像特别完备的时候,又发觉了用波动说无法说明的新现象光电效应现象。对这一现象及其他相关问题的探讨,使得人们对光的又一本质性相识得到了发展。(二)进行新课1、光电效应试验演示1:(课件协助讲解并描述)用弧光灯照耀擦得很亮的锌板,(留意用导线与不带电的验电器相连),使验电器张角增大到约为30度时,再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板,则验电器的指针张角会变
3、大。上述试验说明白什么?(表明锌板在射线照耀下失去电子而带正电)概念:在光(包括不行见光)的照耀下,从物体放射电子的现象叫做光电效应。放射出来的电子叫做光电子。 2、光电效应的试验规律(1)光电效应试验如图所示,光线经石英窗照在阴极上,便有电子逸出-光电子。光电子在电场作用下形成光电流。概念:遏止电压,将换向开关反接,电场反向,则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。当K、A间加反向电压,光电子克服电场力作功,当电压达到某一值Uc时,光电流恰为0。Uc称遏止电压。依据动能定理,有:(2)光电效应试验规律光电流与光强的关系:饱和光电流强度与入射光强度成正比。截止频率c-极限频率,对于每种金属材料
4、,都相应的有一确定的截止频率c,当入射光频率c时,电子才能逸出金属表面;当入射光频率c时,无论光强多大也无电子逸出金属表面。光电效应是瞬时的。从光起先照耀到光电子逸出所需时间10-9s。 3、光电效应说明中的疑难经典理论无法说明光电效应的试验结果。经典理论认为,根据经典电磁理论,入射光的光强越大,光波的电场强度的振幅也越大,作用在金属中电子上的力也就越大,光电子逸出的能量也应当越大。也就是说,光电子的能量应当随着光强度的增加而增大,不应当与入射光的频率有关,更不应当有什么截止频率。光电效应试验表明:饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关,光电子初动能也与频率有关。只要频率高于极限频率,即使光强很
5、弱也有光电流;频率低于极限频率时,无论光强再大也没有光电流。光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上,汲取能量要时间,即需能量的积累过程。为了说明光电效应,爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论,提出了光量子假设。 4、爱因斯坦的光量子假设(1)内容光不仅在放射和汲取时以能量为h的微粒形式出现,而且在空间传播时也是如此。也就是说,频率为的光是由大量能量为E=h的光子组成的粒子流,这些光子沿光的传播方向以光速c运动。(2)爱因斯坦光电效应方程在光电效应中金属中的电子汲取了光子的能量,一部分消耗在电子逸出功W0,另一部分变为光电子逸出后的动能Ek。由能量守恒可得出:W0为电子逸出金属表面
6、所需做的功,称为逸出功。Wk为光电子的最大初动能。(3)爱因斯坦对光电效应的说明光强大,光子数多,释放的光电子也多,所以光电流也大。电子只要汲取一个光子就可以从金属表面逸出,所以不需时间的累积。从方程可以看出光电子初动能和照耀光的频率成线性关系从光电效应方程中,当时动能为零时,可得极限频率:爱因斯坦光子假说圆满说明了光电效应,但当时并未被物理学家们广泛承认,因为它完全违反了光的波动理论。 5、光电效应理论的验证美国物理学家密立根,花了十年时间做了“光电效应”试验,结果在1915年证明了爱因斯坦光电效应方程,h的值与理论值完全一样,又一次证明白“光量子”理论的正确。 6、展示演示文稿资料:爱因斯
7、坦和密立根由于爱因斯坦提出的光子假说胜利地说明白光电效应的试验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。密立根由于探讨基本电荷和光电效应,特殊是通过闻名的油滴试验,证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖。点评:应用物理学家的历史资料,不仅有真实感,增加了劝服力,同时也能对学生进行发放教化,有利于培育学生的科学看法和科学精神,激发学生的探究精神。光电效应在近代技术中的应用(1)光控继电器可以用于自动限制,自动计数、自动报警、自动跟踪等。(2)光电倍增管可对微弱光线进行放大,可使光电流放大105108倍,灵敏度高,用在工程、天文、科研、军事等方面。 “光电效应光子”教学设计“光电效应光子”-
8、浙江宁波效实中学杨继林沈晨 【教材】全日制一般高级中学教科书物理第三册(必修加选修)其次十二章第一节。 【教学时间】一课时。 【教学目标】 1学问与技能 了解并识别光电效应现象。 能表述光电效应现象的规律。 了解光子的概念,会用光子说说明光电效应现象的规律。 理解光电效应方程。 粗略了解光电效应探讨史实。 2过程与方法 视察赫兹试验中的放电现象,体验发觉的过程。 经验“探究光电效应规律”的过程,获得探究活动的体验。 尝试发觉波动理论面对光电效应规律遇到的困难。 领会“视察、试验提出假说试验验证新的假说”的物理学探讨方法。 3情感看法与价值观 体验探究自然规律的艰辛与喜悦。 陶冶崇尚科学、仰慕科
9、学家,观赏物理学的奇异与和谐的情愫。 学习科学家敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学看法和科学精神,培育推断有关信息是否科学的意识。 【教学用具】 1试验装置赫兹试验装置;光电效应现象演示装置。 2多媒体课件;资料文字;赫兹试验装置示意动画;探讨光电效应试验示意动画;光电效应的波动说描述与光子说描述动画;密立根证明光电方程试验示意动画;普朗克、爱因斯坦、密立根资料图片动画; 【设计理念】本课教材蕴含着非常丰富的教学内容:在学问方面,本课作为后牛顿物理两大支柱之一量子理论的入门,涉及量子物理最基础的内容,同时,还有着厚重的物理学科文化积淀,有物理学史、科学方法、辩证唯物主义思想、创新意识等人文
10、精神教化的题材。教材在学问陈述上较为浅显干脆,而关于这些学问的“背景”,则是相当丰满、承赋人文,为实施“科学的人文教化价值”供应了很大的空间。基于教材特点,本-“以人为本”,突出从赫兹发觉光电效应,勒纳德探讨光电效应规律,爱因斯坦提出光子说说明光电效应规律,到密立根试验验证光电效应方程,物理学家们上下求索三十年的历程,在让学生学到量子论基础学问与基本技能、发展微观思维方法的同时,获得物理课程文化的浸润与陶冶,体现物理教化在特性品质、新奇求知、质疑创新、科学美及责任心等方面的价值导向。 本课总体设计思想是:课堂教学以光电效应三十年精彩历程为线索,通过充分展示围绕“光电效应”所发生的发觉现象、探讨
11、规律、提出假说、试验验证这样一个科学发觉过程,在科学过程展示中推出学科学问,渗透科学思想方法,借助多媒体课件播放、试验装置重现现象及老师解说,着力于撼动青年学生崇尚科学的情感,弘扬深厚的物理课程文化。 【教学过程】全课以下列四个标题作引导,按历史的发展依次绽开教学活动。 (动画显示课题后,老师引入主题) 引入本课要学习的光电效应,在量子理论的发展中有着特别的意义。人类对光的本性的相识,到麦克斯韦提出光是一种电磁波,光的波动说好像已完备无缺了。然而,就是在证明电磁波存在的过程中,人们发觉了光具有粒子性的重大事实,这就是光电效应现象。光电效应及其规律的探讨,使人类对物质世界的观念发生了变革:大自然
12、在微观层次上是不连续的,即“量子化”的,而不是牛顿物理假设的在一切层次上都是连续的!光电效应最先由赫兹发觉,他的学生勒纳德对光电效应的探讨卓有成效并获1905年诺贝尔物理学奖,爱因斯坦提出光子论从理论上胜利解决了光电效应面临的难题并因此获19:office:office? 波动理论说明 试验事实 之一 之二 到达金属表面的光能量连续地分布,对某个电子只能汲取其中很少一部分,应有一段时间积累到足够的能量方能从金属表面摆脱。 光波的振幅表征光能量大小,强光对金属作用足够长时间,有足够能量应当可以使电子从金属表面摆脱。 光电效应是否产生存在极限频率(波长)而与光强无关,光电子最大初动能也只与入射光频
13、率成正相关。 若能发生光电效应,即使光很弱,也是瞬间发生的 三、爱因斯坦提出光子论圆满说明 引入视察与理论的互动就是科学,视察是科学进程的开端,视察激发思索导致理论以说明视察结果,而理论又在新的视察中受到检验、引发新的理论,对视察结果进行说明或统一。 原来的电磁波理论与光电效应的试验事实不相符合,促使人们变更相识,构建新的思想框架来说明视察结果。1905年,爱因斯坦用突破性的量子化思想对光电效应做出了现在为科学界普遍接受的说明。 介绍爱因斯坦光量子假说老师介绍普朗克对电磁波辐射所作的量子化假设:振动物体的能量只能取特定的一组允许值。这种思想在当时并没有引起人们多少留意,但爱因斯坦敏锐地捕获了这
14、一思想闪光,并彻底贯穿到光的辐射与汲取问题中。 老师介绍光子说,并显示文字内容: 在空间传播的光(的能量)不是连续的,而是一份一份的,每一份叫做一个光量子,简称光子,一份光子的能量Ehv。 用光子说对光电效应规律作说明用如图7所示动画协助描述光子说下的光电效应:光子像下雨一样落在金属表面上,打出电子,就像机枪子弹从混凝土墙上打下混凝土块一样。 说明极限频率的存在; 说明光电效应的瞬时性; 给出逸出功概念,用光电效应方程(屏幕展示)说明光电子最大初动能只与入射光频率正相关; 说明光电流的强度与入射光的强度成正比。 小结在爱因斯坦提出光子模型后,用来说明光电效应变得稀奇地简洁明白,今日,我们中学生
15、运用光电方程计算光电效应已不是什么难题,但在上个世纪初,科学家对量子化的物理却极不适应,爱因斯坦的独创性、物理洞察力和对简洁说明的追求使他在劳碌的1905年发表了相对论,胜利说明了光电效应,建树起近代物理学探讨的两座丰碑。 四、密立根精的确验证明光电效应方程 引入至此,探讨光电效应的科学活动并未完成,爱因斯坦的光子假设与光电方程作为假说一种有依据的揣测,一种尝试性的未经确认的看法,要上升为理论,要为人们认同当时对这一假说的怀疑超过了狭义相对论,甚至包括普朗克本人也持反对看法,还必需经受试验的检验。很多物理学家都想方设法用试验测量普朗克恒量h,验证光电效应方程。 简介密立根的工作始终对光子假设持
16、有保留的美国物理学家密立根,设计了高精确度的试验装置如图8所示,经过十年的试验,不断解决一些技术难点,最终验证了光电方程的直线性,并测出普朗克恒量h65610-34js,在事实面前,密立根听从真理,宣布爱因斯坦假说得到证明。科学就是严峻的怀疑看法和对新思想的开放看法的混合,科学经常会发生这种状况:科学家说:“那的确是个好论据,我错了。”然后真的变更想法,扬弃旧观点,科学就是这样进步的。 全课总结本课学习,我们了解了光电效应现象,了解了进行科学活动的方法。光电效应把我们带进了量子化的物理学,光电效应告知我们理解微观世界要有新的观念,光电效应引领了近代物理学的发展,对哲学、文化和技术的影响深远。让
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