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1、光电效应教学设计案例名称光电效应 科目物理教学对象高二授课人周攀课时1课时授课类型新课一、教材内容分析本节属于粤教版高中物理选修3-5第二章第1节，从内容性质与地位来看，本节内容是承接上一节教学内容继续探索物质世界具有量子性质，为接下来的学习建立一种新的自然观，为物质具有波粒二象性打下基础；其教学特点为学生要经历猜想、实验、理论分析、认知冲突，建立新理论的教学过程，光电效应是本章的“根”。 二、教学目标1.知识与技能（1）经历猜想、实验验证的过程，知道什么是光电效应现象；（2）通过实验，理解光电效应的实验规律，感受以实验为基础的科学研究方法；（3）建立饱和光电流、遏止电压、截止频率、逸出功等概
2、念；（4）知道经典理论解释光电效应的疑难之所在，感受科学家面对科学疑难时的创新精神。2.过程与方法经历根据已学知识或生活经验，提出猜想，实验验证猜想等科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，探究物理规律，解释物理现象。3.情感态度与价值观目标（1）动手实验，提升对科学的热爱；（2）课堂讨论、小组合作，增强学生的组织、沟通、语言表达能力和培养团队协作精神；（3）领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。4.教学重点：光电效应的实验规律及相关概念5.教学难点：光电效应的实验原理及实验规律；经典理论解释光电
3、效应的困难三、学情分析学生已学：1.学生已建立光能可在时间上积累的观点，知道光的颜色与光的频率有关。2.在上一节中，学生知道了辐射的能量是一份一份地向外发出的，已有能量量子化意识。3.学生已掌握电子在电场中的运动相关知识。学习困难：1.学生只看到表象，由表象分析出本质是难点。光电效应是光子和电子相互作用的微观行为，我们能看到是宏观现象，学生从微观的角度解释宏观现象比较困难，并且这节课概念繁多且较难理解。2.学生对经典理论本身就不是很熟，用经典理论解释光电效应存在的疑难更是难上加难，需要教师做足铺垫和引导。四、教学策略选择与设计情景法、启发法、发现法、实验法、讨论法、强化法、讲授法五、教学资源及
4、教具多媒体课件、摄像头、锌板、紫外线灯、验电器、电子起电机、光电效应演示仪、钢球、斜槽六、教学过程教学过程教师活动学生活动设计意图1.情景引入提出猜想情景1：炽热的金属丝发射电子问题： 炽热的金属丝可以发射电子，而温度不太高时，电子并不能大量逸出。这如何解释？同时引导学生理解金属的逸出功情景2:太阳光烤鸡视频： “高手在民间！泰国大叔用阳光烤鸡！”太阳光汇聚后10分钟可烤熟一只鸡，5分钟烤不熟，但10分钟可烤熟，如果烤半个小时呢？一个小时呢？显然太阳光的能量可以积累。根据视频及生活经验总结：1.光越强,鸡获得的热量越多2.光不够强时,烤熟一只鸡需要更长时间的照射猜想：若用光照射金属能否发射电子
5、？积极思考，知道金属表面存在大量的自由电子，在温度不很高时，电子并不能大量逸出金属表面，这表明金属表面层内存在一种力，阻碍电子的逃逸。当电子吸收的能量与原有的热运动能量之和超过一定程度时，可以克服这种阻力做功，电子就从表面逸出。并明白逸出功的概念根据生活经验总结对光的认识（能量可以积累）提出猜想从已学及生活经验出发，引发学生猜想。2.演示实验验证猜想:光照射金属能发射电子PPT展示：光电效应定义板书： 一.光电效应光金属光电子1.实验通过导线将起电机的负极与锌板连接使锌版带负电，同时锌板与静电计连接，用紫外线灯照射锌板，观察验电器指针有何变化？这说明什么？ 2. 总结光电效应：照射到金属表面的
6、光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。逸出的电子叫光电子能量的角度：该过程是光能转化为电子的动能。观察实验现象，积极思考，回答问题， 并理解光电效应现象及其中的能量转化关系通过实验验证猜想，知道什么是光电效应现象3.根据“烤鸡”经验，猜测光电效应的实验规律问题：从烤鸡的原理来看光电效应，猜一猜光电子的产生与光电子动能与哪些因素有关？有何关系？积极思考，知道光能与其他形式能的转化，光能可以在时间上积累。根据生活经验猜想出：1.光越强，逸出的光电子的动能越大2.光很弱，但经长时间照射也会有光电子的逸出（能量的积累）据生活经验即经典理论提出猜测，为后面得出矛盾、呼吁新理论埋下伏笔4.学生实验：探究光
7、电效应实验规律一、引导学生看懂实验电路图1.课件展示两个情景：问题1：甲、乙两个装置都有电子从金属板K极以一定的速度逸出，观察这两个图的区别？ 问题2： 甲图中的电源接法使A极和K极之间的电场线方向是怎样的呢？ 问题3：这样的电场线电子的运动起阻碍作用还是加速作用？ 问题4：如果我们所加电压刚好满足这样的一个关系（静电力做的负功刚好等于电子的最大初动能）时，电流表还会有读数吗？ 2.PPT展示实验设计的电路图：问题1：与光电管并联一个电压表，他在此电路中的作用是什么？ 问题2：请同学们观察，屏幕上的这个电路设计在光电管两端得到的是正向电压还是反向电压？如何获得反向电压？ 二、设计实验方案PPT
8、展示实物图，介绍实验仪器，要求学生对照实物图思考实验步骤 三、学生动手实验教师将学生实验结果及时拍照上传屏幕四、分享实验结果，总结实验规律一、观察电路接法对电子运动的作用，明确概念正向电压、反向电压；看懂电路图并明确实验原理二、小组交流讨论，对照实物图设计实验步骤 三、认真观察并记录实验现象四、用简明扼要的语言总结实验规律：存在饱和电流、遏止电压1.通过动画分步展示，突破电路图的理解这一难点。 2、学生动手实验，培养科学素养5.小组交流讨论，进一步认识光电效应实验规律板书：二、实验规律1.存在饱和电流2.存在遏止电压和截止频率3.瞬时性一、对最大电流和反向临界电压的认识当正向电压增大到一定程度
9、以后光电流不再变大，我们把最大电流称之为饱和电流。当反向电压达到某一值时电流表读数为0，我们把这个电压称之为遏止电压，用符号Uc表示。问题1：物理是透过现象看本质，微观上如何解释这两个量？问题2：再看一组数据对比，强黄光，弱黄光得到的图象，其饱和电流，和遏止电压有什么特征？问题3：再看另一组数据对比，蓝光和黄光的图像，这又说明了什么？ 二、阅读教材31、32页，明确光电效应还有哪些实验规律并整理到导学案上一、积极思考并能理解：1.饱和电流说明所有的光电子都被A极吸收，其大小对应单位时间内发射的光电子个数遏止电压对应光电子的最大初动能。2. 光越强，饱和电流越大，说明光越强，逸出的光电子个数越多
10、 不同光强却得到的是相同的遏制电压，说明光电子的动能与光强无关。3. 光电子的动能与光的颜色，即光的频率有关。二、阅读教材，完善实验规律： l 存在着饱和电流l 存在着遏止电压和截止频率l 光电效应具有瞬时性 新概念太多，且概念之间的关联也不易理清，故先实验再从微观上分析，提问层次分明，逐步引导，有助于学生概念的生成，为下一步得出实验事实与经典理论猜想发生矛盾做好铺垫。6.实验结果反思板书：三、光电效应解释中的疑难反思实验结果，明确存在的疑难：引导学生对实验结果进行反思，思考经典理论解释光电效应时存在的疑难。让学生意识到经典理论已解释不了现有现象，提出新的理论迫在眉睫。 猜测实验规律光越强，光
11、电子动能越大光电子的动能与光强无关若光很弱，电子的逸出需长时间照射光电效应几乎是瞬时的任何颜色的光，只要光足够强，就有光电子的产生截止频率以下的光照射不产生光电子对比之前依据经典理论得出的猜想和实验结果，得出矛盾之处。意识到经典理论已无法解释光电效应现象，。利用表格，很好地达到经典理论与实验规律矛盾带来的冲击，同时顺便对实验规律也做了总结7.演示实验：模拟光电效应引发思考，留下悬念演示实验：将凹槽滑道最低点放3个钢球。（1）较低处：释放1个钢球；2个钢球（2）较高处：释放1个钢球；2个钢球提问：与光电效应的实验结果有类似之处吗？对光电效应实验规律的解释有什么启示呢？ 认真观察实验现象，并思考与
12、光电效应现象的类似之处。独立思考，踊跃发言。利用宏观粒子的碰撞现象与光电效应的现象的类似之处，启发学生思考，为下一节课埋下伏笔8.课堂小结带领学生一起回顾、总结主动回忆，总结收获回忆巩固，理清课堂要点9.布置作业布置课后作业课后完成巩固所学知识开 始教学流程图情景导入：炽热金属丝发射电子；太阳光烤鸡猜想：光照射金属有电子逸出演示实验：验证猜想知道光电效应现象猜想：1.光越强，光电子EK越大2.光很弱，但照射时间够长，也逸出光电子（能量的积累）猜想：根据生活经验，猜想实验规律观察光颜色和光强改变时，光电流I随两极间所加电压U的变化情况学生实验：明确原理，动手实验理解实验规律：1.饱和电流；2.遏
13、止电压和截止频率；3.瞬时性理解并总结实验规律对比实验规律与猜想，得出矛盾，认识到经典理论解释光电效应存在疑难对比反思，得出矛盾知道碰撞现象与光电效应有类似之处，或许可借用粒子性理论解释光电效应演示实验：启发学生思考新理论师生共同总结课堂小结七、板书设计一.光电效应光金属光电子二、实验规律1.存在饱和电流（单位时间光电子个数）2.存在遏止电压 三、光电效应解释中的疑难八、教学评价设计观察学生课堂表现、验收课后作业。九、教学反思一、重难点突破方面，本节课有两个难点：难点1：实验原理及实验规律的的理解，这也是教学重点。通过学生动手实验、阅读教材、交流讨论及教师细化问题引导思考等教学手段，得到了较好
14、突破；难点2：经典理论解释光电效应存在矛盾，若没有铺垫，直奔矛盾，学生难以接受，故本设计做足了铺垫，先通过生活中太阳光烤鸡这一经验，让学生对经典理论光能可累加有了初步认识，并引导学生利用该生活经验预测光电效应的实验规律，最后将前期预测与实际实验结果列表对比，对比明显，矛盾突出，对于后面呼吁新的理论也就顺理成章了。二、创新之处：1. 课堂结构创新：一般讲法是完全按照教材顺序，先讲实验规律，再讲解释中的疑难，这种讲法在讲实验规律时，容易让学生不知所云，无法参与教学。本设计采用引导学生用经典理论主动预先讨论实验结论并与实验结果对照而激发矛盾的教学方法。这种方法用学生已有的认知经验引出结论，学生在做实验的过程中自己就会发现一些矛盾，引起认知冲突，进而产生探究和解决问题的强烈欲望，不仅易于接受，而且学生可以参与到教师的教学中，一起讨论、猜想。本节具体设计思路如下：两个情景：热电子发射原理、太阳光烤鸡引发猜想：光照也可发射电子验证猜想，得到光电效应现象根据烤鸡经验，猜想实
