光电效应光子教学设计(共10页)

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1、光电效应光子教学设计 “光电效应光子”教学设计 浙江宁波效实中学 杨继林 沈晨 【教材】全日制平凡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究史实。 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”的物理学探究方法。 3.情感看法与价

2、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,观赏物理学的奥妙与和谐的情愫。 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,造就判定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;探究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,涉及量子物理最根底的内容,同时,还有着厚重的物理学科

3、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育的题材。教材在学问陈述上较为浅显干脆,而关于这些学问的“背景”,那么是相当饱满、承赋人文,为实施“科学的人文教育价值”供应了很大的空间。基于教材特点,本教案设计“以人为本”,突出从赫兹发觉光电效应,勒纳德探究光电效应规律,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根底学问与根本技能、开展微观思维方法的同时,获得物理课程文化的浸润与陶冶,表达物理教育在特性品质、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

4、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、探究规律、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讲解,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】全课以以下四个标题作引导,按历史的开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,在量子理论的开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究,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究卓有成效并获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1921年诺贝尔物理学奖,美国物理学家密立根通过准确试验证明了爱因斯坦的理论,并获1923年诺贝尔物理学奖。光电效应的科学之光经众多物理学家前赴后继,三十年努力求索,在物理学史上成为绚丽夺目的篇章。让我翻开这炫目的一页,沐浴科学的阳光吧! (屏幕切换显示四个标题) 一、赫兹意外发觉光电效

6、应 介绍赫兹试验 动画显示赫兹试验示意图如图1所示。1885年,赫兹用如图1所示的装置来证明电磁波的存在:电磁波发生器是在两根铜棒上各焊接一个磨光的黄铜球,另一端各连接一块正方形锌板,它们共轴放置,两球间留有一空隙,它们相当于一个电容器,与感应圈连接,构成了LC电路,感应圈使两黄铜球聚集大量电荷,从而在空隙间产生电火花,形成高频振荡电流,辐射高频电磁波。与这个回路相距必须距离有电磁波接收器,是用一根粗铜导线弯成一开口的圆环,开口端各焊一黄铜球,之间有可作微调的空隙,这个接收器事实上也是一个LC电路。调整间隙变更接收电路的固有频率可与放射过来的电磁波产生共振,从而在接收器的空隙间视察到电火花。

7、演示赫兹电火花试验 试验装置如图2所示(实景数码照片) 介绍赫兹的发觉并演示 利用电火花试验装置,赫兹测量了电磁波速、进展了探究电磁波的反射、聚焦、折射、衍射、干预、偏振等各种波现象的试验,大量反复地试验不但证明了麦克斯韦电磁波理论,同时意外地发觉了说明光具有粒子性的一个重要现象:当放射器间隙的火光被阻隔时,原来接收间隙的火花变暗(如图3所示),而用其他任何火花的光照耀到接收器铜球,也能促使间隙发生电火花,进一步探究发觉这一现象中干脆起作用的是火光中的紫外线,当火花的光照到间隙的负极时,作用最强,这种状况下接收器间隙发生的电火花事实上是紫外线的照耀使一极铜球上飞出电子到另一极铜球所形成,赫兹称

8、之为“紫外光对放电现象的效应”,也就是光电效应。 演示光电效应现象 动画显示光电效应演示仪原理如图4所示,课堂演示,引导学生视察在紫外线照耀下,电流计指示电路中出现了电流。 归纳什么是光电效应 (文字显示) 在光的照耀下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。 二、勒纳德探究光电效应现象的规律 引入 赫兹的发觉吸引了很多人去深化探究光电 12下一页 效应成因与规律,其中德国物理学家、赫兹的助手勒纳德的探究卓有成效。对光电效应的探究方向就是弄清其发生的条件。 介绍勒纳德试验探究原理 动画显示勒纳德探究光电效应规律的试验装置如图5所示。当入射光照耀到光滑的金属阴极K外表,就有光

9、电子放射出来,假设有光电子到达阳极A,电路中就有电流,所以可通过电流计了解用各种光照耀阴极K以及对两极加不同电压时的光电流,从中摸索规律。 介绍勒纳德试验探究结果 勒纳德通过试验总结出光电效应现象的重要规律: (文字显示) 1.对各种金属都存在着极限频率和极限波长,低于极限频率的任何入射光强度再大、照耀时间再长都不会发生光电效应。 2.光电子的最大初动能与入射光的强度无关,只随入射光频率的增大而增大。 3.只要入射光频率高于金属的极限频率,照到金属外表时间电子的放射几乎是瞬时的,不超过10-9s。 4.发生光电效应时,光电流的强度与入射光的强度成正比。 光电效应规律性的演示 用如图4所示的光电

10、效应演示仪演示(1)用红光、蓝光照耀锌板时,不会产生光电流;(2)用玻璃隔断紫外线时,光电流消逝;(3)光电流到达饱和后,变更电压,光电流不变,变更入射光强度,光电流增大。 设问 1.用光的电磁波理论如何说明光电效应的发生? 2.波动理论可以说明光电效应发生时的规律吗? 探讨与总结 请全班同学争论,由学生尝试定性说明光电效应后,老师概括辅以如图6所示动画显示:光到达金属外表时,连续的电磁波能量分布在其外表,振动的电磁场不断地“摇摆”金属外表的电子,一些结合最松散的电子被摇下来。 由学生提出现有理论与视察事实的冲突后,老师整理为两大困难,并以文字显示。 冲突 波动理论说明 试验事实 之一 之二

11、到达金属外表的光能量连续地分布,对某个电子只能汲取其中很少一局部,应有一段时间积累到足够的能量方能从金属外表摆脱。 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外表摆脱。 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率成正相关。 假设能发生光电效应,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,对视察结果进展说明或统一。 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

12、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此时此刻为科学界普遍承受的说明。 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E=hv。 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外表上,打出电

13、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究的两座丰碑。 四、密立根准确试验证明光电效应方程 引入 至此,探究光电效应的科学活动并未

14、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推测,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疑心超过了狭义相对论,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。 12下一页本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第10页 共10页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页