高二物理教案：《光电效应》教学设计.docx

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1、高二物理教案：光电效应教学设计“光电效应光子”教学设计“光电效应光子”- 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。

2、 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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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。让我们怀着对量子理论先驱们的崇敬心情，从科学回到生活。 播放音乐与三位物理学家资料画像，如图9所示。 课件简介本课件采纳PowerpointXPF1ashMX制作，充分发挥Powerpoint媒体展示功能与FIashMX的强大的动画功能。其制作过程如下： 一、素材的采集与制作。用超级解霸采集所需的CD音乐；通过网上搜寻和扫描仪扫描所需的图片：用F1ashMX制作用波动理论说明光电效应的动画、光子说说明光电效应的动画。 二、系统集成：把各种素材用PowerpointXP做成肯定交互实力的幻灯片。 光电效应 光电效应光量子（光

11、子）：E=h试验结论光子说的说明1、每种金属都有一个极限频率入射光的频率必需大于这个频率才能产生光电效应电子从金属表面逸出，首先须克服金属原子核的引力做功（逸出功W），要使入射光子的能量不小于W，对应频率即是极限频率。 2、光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率增大而增大电子汲取光子能量后，只有干脆从金属表面飞出的光电子，才具有最大初动能即： 3、入射光照耀到金属板上时间电子的放射机率是瞬时的，一般不会超过10-9S光照耀金属时，电子汲取一个光子（形成光电子）的能量后，动能马上增大，不须要积累能量的过程。4、当入射光的频率大于极限频率时，光电流强度与入射光强度成正比当入射光的频

12、率大于极限频率时，入射光越强，单位时间内入射到金属表面的光子数越多，产生的光电子数越多，射出的光电子作定向移动时形成的光电流越大。（1）产生光电效应的条件：极；hW（2）发生光电效应后，入射光的强度与产生的光电流成正比。（3）光电效应方程,W=h极；（4）光电管的应用能级一、核式结构模型与经典物理的冲突（1）依据经典物理的观点推断：在轨道上运动的电子带有电荷，运动中要辐射电磁波。电子损失能量，它的轨道半径会变小，最终落到原子核上。由于电子轨道的改变是连续的，辐射的电磁波的频率也会连续改变。事实上：原子是稳定的；辐射的电磁波频率也只是某些确定值。二、玻尔理论轨道量子化：电子绕核运动的轨道半径只能

13、是某些分立的数值。对应的氢原子的轨道半径为：rn=n2r1(n=1,2,3,)，r1=0.5310-10m。能量状态量子化：原子只能处于一系列不连续的能量状态中，这些状态的能量值叫能级，能量最低的状态叫基态，其它状态叫激发态。原子处于称为定态的能量状态时,虽然电子做加速运动,但并不向外辐射能量.氢原子的各能量值为：跃迁假说：原子从一种定态跃迁到另一种定态要辐射（或汲取）肯定频率的光子，即：h=Em-En三、光子的放射和汲取（1）原子处于基态时最稳定，处于较高能级时会自发地向低能级跃迁，经过一次或几次跃迁到达基态，跃迁时以光子的形式放出能量。（2）原子在始末两个能级Em和En（mn）间跃迁时放射

14、光子的频率为，其大小可由下式确定：h=Em-En。（3）假如原子汲取肯定频率的光子，原子得到能量后则从低能级向高能级跃迁。（4）原子处于第n能级时，可能观测到的不同波长种类N为：考点分析：考点：波尔理论：定态假设；轨道假设；跃迁假设。考点：h=Em-En考点：原子处于第n能级时，可能观测到的不同波长种类N为：考点：原子的能量包括电子的动能和电势能（电势能为电子和原子共有）即：原子的能量En=EKn+EPn.轨道越低，电子的动能越大，但势能更小，原子的能量变小。电子的动能：，r越小，EK越大。原子物理一、原子的核式结构二、自然放射现象、衰变衰变次数的计算方法：依据质量数的改变计算次数，其次数n=

15、质量数的改变量/4；依据电荷数的改变，计算衰变次数。中子数的改变量=2衰变次数+衰变次数。三、半衰期的计算半衰期计算公式:；m为剩余质量；mO为原有质量；t为衰变时间；为半衰期。四、核反应方程五、核能的计算核反应释放的核能：E=mc2或E=m931.5Mev 光电效应设计详案光电效应设计详案 教学目的： 1、了解光电效应的产生条件、规律及光子学说 2、了解光的量子性，会用光子说说明光电效应现象 实力目标： 1、培育学生视察实力、分析实力，对试验事实加以说明的实力 情感目标： 1、引导学生探究学问之间的联系，渗透了“当理论与新的试验事实不相符时，要依据事实建立新的理论”即实践是检验真理的唯一标准

16、的科学思想 教学用具：光电效应演示器，应急灯，紫外线灯，X射线管，感应圈，灵敏检流计 教学重点和难点：从试验现象总结出光电效应的规律，经典理论在说明光电效应遇到的困难 课堂总体设计： 发挥老师的主导作用，以演示试验为基础，逐步引导学生通过对演示现象的视察，得出光电效应的规律通过对经典波动理论无法说明光电效应的分析，培育学生运用已知学问分析新的事验事实的实力，让学生进一步体会到实践是检验真理的唯一标准 教学过程： 一、课题引入 前几节课我们了解了人们在探讨光的本性过程提出的几种有代表性的学说（由于前面几节内容已经涉及了光的微粒说和波动说的发展过程，可以简洁回顾）自从麦克斯韦提出光的电磁说，赫兹又

17、用试验证明了麦克斯韦的理论后，光的波动理论发展到了完善的地步可是，光电效应的发觉又给光的波动理论带来了前所未有的困难今日我们就来通过试验探讨光电效应的规律，并且通过分析光电效应的规律弄清为什么波动理论无法说明光电效应现象 二、新课进行 1、介绍试验装置演示试验视察分析试验现象 这一阶段介绍什么是光电效应从演示入手，引导学生视察并分析试验现象，为下面的探讨光电效应规律作打算 介绍一下光电效应试验装置（分别介绍锌板、铜网、高压电源、检流装置，一边介绍，一边在黑板上画出整个装置的示意图） 介绍装置后画出装置示意图将详细的较困难的试验装置变为简明的板画，突出了原理，有助于后面对试验事实的进一步分析 问

18、题1：把高压电源接通，检流装置接上，为什么检流计不发生偏转? （电路还处于断开状态锌板和铜网之间中间是空气，不能导电） 问题2：现在让我们用紫外线照耀锌板，（介绍紫外线灯，用紫外照耀锌板，检 流计指针偏转）视察用紫外线照耀锌板时，看到了什么现象?为什么会出现这种现象? （看到检流计指针发生了偏转，说明电路中出现了电流） 问题3：分析电流可能是哪种缘由产生的? （可能是紫外线使空气电离，也可能是紫外线使锌板飞出了电子） 老师用铜板代替锌板，则指针不会发生偏转，这样，解除解除了空气被电离的可能性 通过试验现象总结：锌板在紫外线的照耀下，飞出了电子，这种物体在光照下有电子飞出的现象叫光电效应；在光照

19、下从物体中飞出的电子叫光电子，电路中的电流叫光电流 （板书：光电效应，光电子，光电流）（板画：光电效应的形成过程） 2、探讨光电效应的规律 用应急灯的可见光照耀锌板，而后用X射线照耀锌板，由于用可见光照耀时无电流，用X射线照耀时有电流指出：可见光频率较低，不能发生光电效应，X射线频率较高，可以发生光电效应 老师总结：可见光，紫外线，X射线都是电磁波，只是频率凹凸不同用不同频率的各种电磁波照耀同一种金属板，发觉，当频率低到肯定程度后，不论怎样增大入射光强度，怎样延长照耀时间，都无法发生光电效应这一频率界限就叫极限频率 （板书：二、规律：任何一种金属，都存在极限频率，只有当入射光时，才能发生光电效

20、应） 问题4：发生光电效应时，若将高压电源去掉，检流计中仍能发觉有电流通过这说明什么呢? （飞出的电子不须要加速电压，能从锌板飞向铜网这也说明飞出的电子具有肯定的初速度，具有肯定的初动能） 问题5：光电子的这一初动能是从哪里来的呢? （从入射光中获得用不同的光不同频率，不同光强照耀同一金属发觉：光电子的最大初动能与入射光强度无关，只与入射光频率有关，并且随入射光频率的增大而增大） （板书：2、光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随入射光频率的增大而增大），这是光电效应的其次条规律 让学生视察在能发生光电效应的状况下，从光照起先到光电效应发生，须要的时间长短 （用X射线照耀锌板，让X射线不断地

21、断、续照耀，检流计指针的偏转也断、续发生） 问题6：大家看到的现象说明白什么问题? （光电效应发生特别快科学家用仪器测出了光电效应的发生时间，在s以下在这段时间中，光只能通过约20-30cm的距离可以说光电效应的发生几乎是瞬时的） 板书（3、光电效应的发生几乎是瞬时的） 老师讲解：通过探讨的光电效应的其次条规律中，我们知道入射光强不影响光电子的最大初动能 问题7：入射光强不影响光电子的最大初动能，那么入射光强可以对什么发生影响呢? （把紫外线管靠近锌板，变更紫外线管与锌板的距离，检流计指针偏转幅度相应地发生改变）这个现象说明什么?（说明入射光强度增大时，光电流强度也增大精确的试验表明，光电流强

22、度与入射光强度成正比关系，这是光电效应的第4条规律） （板书：4、光电流随入射光强度的增大而增大） 通过对试验现象的视察、分析，得出了光电效应的规律通过阅读课本，让学生熟识这4条规律看表格思索下列问题： （1）某光恰能使锌发生光电效应，那么能使课本中表格内哪些金属发生光电效应? （2）表中哪种金属最易发生光电效应? （3）为什么各种金属的极限频率不同?） 3、波动理论在说明光电效应时的冲突 为什么说光的波动理论无法说明光电效应的规律？从光电效应的发生过程来看，电子汲取入射光能量后才能摆脱原子核的束缚，所以我们应从能量的角度来分析光效应光的波动理论是这样描述光的能量的：（1）能量是连续的；（2）

23、振幅（光强）越大，光能越大，光的能量与频率无关大家想一想，波动理论为什么无法说明光电效应的规律? （1）我们先来分析第一条规律：存在极限频率 按波动理论，不论什么频率的光，只要光强足够大，就应当发生光电效应，不应存在极限频率 （板书：波动理论的困难：1、不应存在极限频率） （2）波动理论能说明光电子的最大初动能与入射光强无关吗? 按波动理论，入射光强越大，光能越大，飞出的光电子初动能就应越大事实是光电子的最大初动能仅与入射光频率有关 （板书：2、光电子最大初动能的大小应与光强有关，与无关） （3）光电效应几乎是瞬时发生的也就是说，不论入射光强多么弱，只要，就马上能发生光电效应光太弱时，按波动理

24、论，要达到使光电子飞出的能量，要有一个能量积累过程事实上光电效应几乎瞬时发生说明一旦发生光电效应，几乎不须要能量的积累过程（板书：3、弱光照耀时应有能量积累过程，不应瞬时发生） （4）波动理论能够说明第四条规律随着光强的增大，光电流也在增大 通过上面的分析，光的波动理论在说明光电效应时遇到了巨大的困难后来，爱因斯坦在普朗克量子化理论的启发下，提出了光子学说 4、光子说 阅读课文分析： 问题8：光子说与波动理论的主要区分是什么? （光子说认为能量是一份一份的，与频率有关，而波动说认为能量是连续的，与频率无关） 普朗克认为电磁波的放射和汲取不是连续的，而是一份一份的进行的，理论计算的结果才能和试验

25、事实相符，这样的一份能量叫做能量子，普朗克还认为每一份能量等于，其中叫做普朗克常量，试验测得： 普朗克将物理学带进了量子世界，受到普朗克的启发，爱因斯坦在1905年提出，在空间中传播的光也不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子，光子的能量 跟光的频率成正比，即： 这个学说后来就叫做光子说（关于光子说的内容可以让学生自学） 光子说的这两点事实上是针对波动理论的两大要害提出的爱因斯坦当时在试验事实还不是很充分的时候，提出了光子说，是对科学的重大贡献这也说明理论与新的试验事实不符时，要依据事实建立新的理论，因为实践是检验真理的唯一标准 5、光电效应方程 （1）光电效应中，金属中的

26、电子在飞出金属表面时要克服原子核对它的吸引而做功，某种金属中的不同电子，脱离这种金属所做的功也不一样，使电子脱离某种金属所做的功的最小值叫做这种金属的逸出功（板书：1、逸出功） （2）假如入射光子的能量大于逸出功，那么有些光子在脱离金属表面后还有剩余的能量也就是说有些光电子具有肯定的动能，就有下面的关系： 这个关系式通常叫做爱因斯坦光电方程 （板书：爱因斯坦光电效应方程：） 这部分内容对一般学生只需简洁介绍，对层次较好的学生可以练习简洁计算，深化理解方程的意义 三、例题分析（参考课文例题和备课资料） 四、课堂总结 光电效应 光子 教学目标学问目标（1）知道光电效应现象（2）知道光子说的内容，会

27、计算光子频率与能量间的关系（3）会简洁地用光子说说明光电效应现象（4）知道光电效应现象的一些简洁应用 实力目标培育学生分析问题的实力 教学建议 教材分析 分析一：课本中先介绍光电效应现象，再学习光子说，最终用光子说说明光电效应现象产生的缘由。本节内容说明光具有粒子性，从而引出量子论的基本学问。分析二：光电效应有如下特点：光电效应在极短的时间内完成；入射光的频率大于金属的极限频率才会发生光电效应现象；在已经发生光电效应的条件下，逸出的光电子的数量跟入射光的强度成正比；在已经发生光电效应的条件下，光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大。 教法建议建议一：对于光电效应现象先要求学生记住光电效应的

28、试验现象，然后运用光子说去说明它，这样可以加深学生的理解。建议二：学生应当会依据逸出功求发生光电效应的极限频率，但可以不要求运用爱因斯坦光电效应方程进行计算。 教学设计示例光电效应、光子 教学重点：光电效应现象 教学难点：运用光子说说明光电效应现象 示例： 一、光电效应 1、演示光电效应试验，视察试验现象 2、在光的照耀下物体放射光子的现象叫光电效应 3、现象： （1）光电效应在极短的时间内完成； （2）入射光的频率大于金属的极限频率才会发生光电效应现象； （3）在已经发生光电效应的条件下，逸出光电子的数量跟入射光的强度成正比； （4）在已经发生光电效应的条件下，光电子最大初动能随入射光频率的

29、增大而增大。 4、学生看书上表格常见金属发生光电效应的极限频率 5、提出问题：为什么会发生3中的现象 二、光子说 1、普朗克的量子说 2、爱因斯坦的光子说 在空间传播的光不是连续的，而是一份份的，每一份叫做光量子，简称光子。 三、用光子说说明光电效应现象 先由学生阅读课本上的说明过程，然后老师提出问题，由学生说明。 四、光电效应方程 1、逸出功 2、爱因斯坦光电效应方程 对一般学生只需简洁介绍 对层次较好的学生可以练习简洁计算，深化理解方程的意义 例题：用波长200nm的紫外线照耀钨的表面，释放出的光电子中最大的动能是2.94eV.用波长为160nm的紫外线照耀钨的表面，释放出来的光电子的最大动能是多少？ 五、光电效应的简洁应用 六、作业 探究活动 题目：光电效应的应用组织：分组方案：分组利用光电二极管的特性制作小独创评价：可操作性、创新性、好用性 第20页 共20页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页第 20 页 共 20 页