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1、.光电效应1对1教学一、教材分析本课题为普通高中人教版物理选修3-5第十七章波粒二相性第二节光的粒子性的第一块内容。在选修3-4中，学生先学习光的波动性，而在该节中，学生将学习光的粒子性的证据：光电效应现象及其解释理论光电效应方程。本课教材蕴含着十分丰富的教学内容：在知识方面，本课内容作为后牛顿物理两大支柱之一量子理论的入门，涉及到量子物理最根底的内容，也是量子物理与经典物理学的重要衔接；同时本课还有着浓厚的物理学科文化积淀，有物理学史、科学方法、科学精神、辩证唯物主义思想、创新意识等人文精神教育题材。教材在知识陈述上较为浅显直接，而关于这些知识的“背景，那么是相当饱满、承赋人文，为实施“科学
2、的人文教育价值提供了很大的空间。二、学情分析本课学习主体是一名高三学生。该学生虽然已经学习过这一块内容与普朗克关于黑体辐射的能量子假说，然而由于学校教育在这一节往往重视结论型陈述、轻视物理探究史实际和逻辑推理，导致学生这一局部知识一知半解，很快遗忘；该学生数学与物理根底较差，无思考、钻研的主动性，但是对物理学习并没有失去信心，只是需要一种适合她的节奏，而且该生较有毅力，尊重教师，也比拟听话。综上分析，该学生有必要重新经历一次新授课，从知识上、逻辑上、情感上对光电效应，光子说与量子物理根底有一个修正性的认识，对物理学习的兴趣、态度、方法进一步发生改变。三、教学目标知识与技能：1、了解并识别光电效
3、应现象；2、能表述光电效应的规律；3、理解光子说和光电效应方程。过程与方法：1、 经历“探究光电效应的规律过程，体验实验探究的方法；2、尝试发现波动理论面对光电效应的规律遇到的困惑；3、领略“观察、实验提出假说实验验证的研究方法；4、经历、模仿与学习直接原因分析法。情感态度与价值观目标1、体验探究自然界规律的艰辛、喜悦与方法；2、陶冶崇尚科学、仰慕科学家，欣赏物理学的奇妙与和谐的情操；3、学习科学家敢于坚持真理、勇于创新的科学态度和科学精神；4、进一步强化物理学习兴趣与转变物理学习态度。四、重点与难点1 根据新课标，本课的重点是：光电效应现象的根本规律、光子说的根本思想和利用光子说对光电效应现
4、象的解释。2根据新课标与该生自身情况，本课的难点是：(1) 对光的强度的理解；(2)饱和电流的强度为什么跟光电子的最大初动能无关，只与入射光的强度成正比。五、教学策略与教学方法基于教材特点与学员自身特点，本课拟采用情景陶冶教学策略与先行组织者教学策略相结合的组合策略。先行组织者策略是非常适合1对1教学因材施教的原那么的，而情景陶冶教学策略非常适合对外表上枯燥的物理学缺乏兴趣的学生，运用这两种策略相结合的组合策略进展教学将收到奇效。采用问答法与角色代入法相结合的教学方法引导学员进入量子理论建立的物理学史，经历实验探究的过程，在过程中积极思考，获取新知识，锻炼逻辑分析能力，培养创新意识，学习物理学
5、家的科学方法，体会物理学家的科学精神。六、教学设计教学设计内容流程图1、引入：幻灯片展示光电效应的三个诺贝尔物理学奖项。得主照片与简介光电效应最先由赫兹发现，他的学生勒纳德对光电效应的研究卓有成效并获1905年诺贝尔物理学奖，爱因斯坦提出光子说从理论上成功解决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实验验证了爱因斯坦理论，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奖前赴后继，三十年努力求索，在物理学史上成为绚丽夺目的篇章通过展示光电效应的三个物理学奖项引起学生对光电效应一探终究的学习动机(2)2、动画演示实验：X光照射锌板演示光电效应现象
6、。观察现象，通过阶梯形、逻辑性提问引发思考。提问如下： ：这个是什么仪器.指着验电器问 ：这个仪器有什么用. ：现在验电器金属箔X开说明了什么. ：那么验电器为什么带电呢.与之前弧光灯不照射金属箔不X开比照，引导学生分析出正是因为弧光灯的照射，锌板发射出电子自身带上了正电。此处可设问这种现象与静电感应有何区别.引导学生用自己的话描述光电效应现象，从而引出光电效应概念：物体在光的照射下发射电子的现象叫光电效应，发射出来的电子叫光电子。学生将了解并可以识别光电效应光电效应是一个奇特的现象，有很多科学家对这个现象进展了研究，包括上面三位诺贝尔物理学奖得主，那么，如果是你，你会怎么去探究光电效应的规律
7、呢.(5)提问：我们从初中开场以及高中三年学过的实验探究的方法有哪些.控制变量法，比照试验，转化法等引导学生分析，要探究光电效应，首先需要让光电效应再生，也就是需要光电效应的发生装置比方上述弧光灯照射锌板就是一个发生装置，但要定量探究还须改良光电效应现象看不到摸不着，必须转化为可测量的量去研究它(转化法)光电效应既然有电子发射出来，那么可以从电子的角度去研究，与电子有关的量有什么呢，比方电流，如果要研究电流，就必须要有一个电路。好了，这是我们的推断，那么接下来我们去看看由于对光电效应卓有成效地研究而获得诺贝尔物理学奖的勒纳德是怎么样探究的。直接原因分析法3、勒纳德实验探究光电效应规律。幻灯片展
8、示勒纳德研究光电效应规律的实验装置：书上的实验电路图就是这个的简化针对实验电路图，简单介绍实验仪器：光电管产生光电效应现象装置其余局部定量测定由于光电效应产生的电流与我们刚刚的推断是一样的，学生会由于与物理学家的历史共鸣获得一种喜悦感并进展如下提问： 此电路图采用何种接法.分压法 分压法有什么优点.可以控制用电器两端电压从零开场变化，电压调节X围大这里回忆选修3-1恒定电流的知识，引导学生明白物理知识间的联系与物理探究所需的知识储藏提问：不同颜色的光，即不同频率的光照射灵敏电流计的示数是否会变化呢.有的话要用到哪种探究方法.控制变量法在这个装置中加在光电管两端的电压是否会影响灵敏电流计的示数呢
9、.4，幻灯片展示实验操作及其实验现象。实验操作1：用一定的频率和强度的单色光照射阴极K，滑动变阻器从最左端慢慢向右滑动即从零开场改变加在A和K两极间的电压U，测量光电流I的变化并记录数据。实验现象：随着电压的增大光电流也增大，但是电压增大到一定值的时候，光电流到达一个最大值。根据这个实验现象，引导学生画出光电管的伏安特性曲线。如图2横轴为虚线是因为曲线是否过原点还未确定图2实验现象：滑动变阻器触点在最左端，即U=0时，光电流并不为0，而且还是同向偏转。引导学生根据此现象修正图2得到图3这里成心将这两个实验现象分开展示，是因为学生总是先注意到曲线的趋势再关心曲线的一些特殊点，也起到对于曲线是否过
10、原点的强调作用：图3根据实验现象提问，引导学生进展分析与解释： 为什么U=0的时候光电流并不为0.引导学生分析原因，电流形成的原因是电荷的定向移动这里是光电子，说明了当U=0时，有光电子从K板阴极运动到了A板阳极说明离开K板阴极时，光电子具有动能此处不讲速度，是因为大量光电子离开阴极外表的速度沿各个方向，且在两极之间作平抛或者斜抛或者直线运动，从能量角度研究比拟方便。 那么怎样才能使得光电流变为0呢.引导学生分析，光电流变为0光电子无法到达A板阳极光电子到达阳极前动能已经变为了0，临界条件是恰好变为0加上反向电压。这一步分析顺理成章，得出加反向电压这个操作并不突兀，有助于学生创新思维的锻炼，而
11、且所谓创新并非天马行空，而是有坚实的依据与严密的逻辑，表达了直接原因推理法的有效性承接刚刚的分析展示实验操作2：滑动变阻器触点回到最左端，两个单刀双掷开关分别打到另一触点即加上反向电压，调节滑动变阻器，待电流计示数为零时，记录电压表示数Uc。实验现象：在同一频率同一强度的光照射下，当反向电压为调节到一定值Uc时遏止电压，光电流恰好为零，且继续增大电压，光电流仍为0。引导学生根据实验现象修正伏安特性曲线，如图4：图4提问：好，现在完成了在同一频率同种强度光照射下的光电管的伏安特性曲线，下面该做什么呢.控制变量法采用不同频率不同强度的单色光照射重复上述实验操作，并汇出光电管的伏安特性曲线，如图5，
12、6，且得到遏止电压与入射光频率间的关系，如图7：图5 不同光强不同频率 图6 图7 入射光频率与遏止电压的线性关系引导学生用语言描述图5，6，7所蕴含的信息。学生对于物理图像的信息提取能力、语言表达能力得到练习与强化评价学生的描述。我们来看下勒纳德总结出的光电效应四大实验规律幻灯片展示：1、存在饱和电流。饱和电流强度与入射光强度成正比。2、存在遏止电压。光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光光强无关。3、存在极限频率。对于每一种金属，只有当入射光频率大于一定的频率c时，才会产生光电效应。频率c成为极限频率。4、光电效应具有瞬时性，这段时间不超过10-9s。提问：1，为什么饱和光电
13、流强度与入射光强度成正比.2，为什么光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光光强无关3，为什么存在极限频率.4，为什么光电效应发生极短幻灯片介绍经典电磁理论即波动理论5、波动理论对光电效应的解释的困难幻灯片展示学生从表格中可以发现波动理论对于光电效应解释的困难6、爱因斯坦对光电效应规律的理论解释这局部鼓励学扮演爱因斯坦尝试利用光子说与光电效应方程进展理论解释，随后表格展示四大规律的解释：对应规律对规律的产生的解释存在极限频率c电子从金属外表逸出，首先必须克制金属原子核的引力做功W0，要使入射光子的能量不小于W0，对应的频率cW0/h，即极限频率光电子的最大初动能随着入射光频率的增大
14、而增大，与入射光强度无关难点2电子吸收光子能量后，一局部克制阻碍作用做功，剩余局部转化为光电子的初动能，只有直接从金属外表飞出的光电子才具有最大初动能，对于确定的金属，W0是一定的，故光电子的最大初动能只随入射光的频率增大而增大利用光电效应方程EkhW0 解释光电效应具有瞬时性光照射金属时，电子吸收一个光子的能量后，动能立即增大，克制引力做功，逸出金属外表，不需要能量积累的过程光较强时饱和电流大光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大难点1光强的理解光电效应的图像：图8任何物理理论的建立都必须经过实验的验证，那么是谁第一个验证了爱因斯坦的光电方程呢.7、密立根准
15、确实验验证光电效应方程幻灯片展示1916年，美国物理学家密立根R.A.MilliKan,美，18681953的准确实验证实了爱因斯坦的光电方程。非常有趣的是密立根的准确的实验验证了爱因斯坦光电方程的正确性，却是完全与他预料的相反，密立根一直对爱因斯坦的光电子假设持保存态度。他说：“经过十年之久的试验、变换和学习，有时甚至还要出过失，在这之后，我把一切努力从一开场就针对光量子发射能量的精细测量，测量它随温度、波长、材料接触电势差改变的函数的关系。与我自己的预料相反，这项工作终于在1914年成了爱因斯坦方程式在很小实验误差X围内准确有效的第一次直接实验证据，并且第一次直接从光电效应测普朗克常量h，所得精度大约为0.5%，这是当时所能得到的最正确值。密立根在事实面前服从真理，反过来宣布爱因斯坦的光电方程完全得到证实，这是很值得后人学习的。由于他对光电效应及测量基元电荷的出色研究，因而获得
