《科學的轉(zhuǎn)折光的粒子性》教學設(shè)計-新課程培訓編號參考模板范本

1、4/4科學的轉(zhuǎn)折：光的粒子性教學設(shè)計新課程培訓 編號： 學科物理選修35教材出版社人民教育出版社課題名稱科學的轉(zhuǎn)折：光的粒子性年級：高三年級學期：第一學期教學目標知識與技能：（1）通過實驗了解光電效應(yīng)的實驗規(guī)律；（2）知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義；（3）了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動量。過程與方法：經(jīng)歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應(yīng)用科學探究的方法研究物理問題，驗證物理規(guī)律。情感態(tài)度價值觀：領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。指導思想緊扣教學目標，用兩個課時的時間讓學生對光的粒子性有一個清晰的認識。重 點光電效應(yīng)

2、的實驗規(guī)律難 點愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義教學思路根據(jù)教學目標培養(yǎng)學生仔細觀察、結(jié)合以前學習知識綜合分析解釋實驗規(guī)律，突出矛盾形成教學高潮。教學手段教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流，多媒體展示。主要資源常規(guī)教學用具、多媒體平臺、光電試驗設(shè)備課時安排2個課時教學過程：1、引入回顧前面學習的光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光是電磁波，光的偏振現(xiàn)象進一步說明光還是橫波。19世紀60年代，麥克斯韋又從理論上確定了光的電磁波本質(zhì)。總結(jié)人類對光的本性的認識的發(fā)展過程。上升到上一節(jié)牛頓對光粒子性的認識，從而對光到底是波還是粒子產(chǎn)生疑問引入新課。2、演示實驗光電效應(yīng)實驗用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導線與不帶電的

3、驗電器相連），使驗電 器張角增大到約30度時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板。教師提問：實驗現(xiàn)象是什么？說明了什么問題？學生：驗電器的指針張角會變得更大。學生：表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電。學生回答問題時可能產(chǎn)生不同的東西，此時教師應(yīng)該有所準備，及時發(fā)現(xiàn)閃光點。概念：在光(包括不可見光)的照射下，從物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。發(fā)射出來的電子叫做光電子。3、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律（1）光電效應(yīng)實驗實驗儀器說明教師：各部分實驗設(shè)施作用可能是什么？學生：回答（視情況進行點評）對學生以前所學知識的靈活應(yīng)用要求較高實驗現(xiàn)象觀察光線經(jīng)石英窗照在陰極上，便有電子逸出光電子。光電子在電場作用下形成

4、光電流。將換向開關(guān)反接，電場反向，則光電子離開陰極后將受反向電場阻礙作用。當 K、A 間加反向電壓，光電子克服電場力作功，當電壓達到某一值 Uc 時，光電流恰為0。 Uc稱遏止電壓。根據(jù)動能定理，有教師：觀察到什么現(xiàn)象？學生：根據(jù)自己觀察回答現(xiàn)象。（2）光電效應(yīng)實驗規(guī)律 光電流與光強的關(guān)系飽和光電流強度與入射光強度成正比。 截止頻率c 極限頻率對于每種金屬材料，都相應(yīng)的有一確定的截止頻率c 。當入射光頻率c 時，電子才能逸出金屬表面；當入射光頻率 c時，無論光強多大也無電子逸出金屬表面。 光電效應(yīng)是瞬時的。從光開始照射到光電子逸出所需時間10-9s。（3）用光的波動理論解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象教師：請

5、用光的波動性理論解釋觀察到的光電效應(yīng)現(xiàn)象進行解釋。學生分三組進行討論，分別解釋其中的三個實驗規(guī)律。學生回報解釋結(jié)果（結(jié)果不硬性規(guī)定標準答案，學生自由回答）教師點評結(jié)果，分析突出波動理論解釋光電效應(yīng)出現(xiàn)的矛盾，將課堂推向高潮，師生形成必須要一種新的觀點或理論來解釋光電效應(yīng)規(guī)律，順理成章的進入下一部分。經(jīng)典理論認為，按照經(jīng)典電磁理論，入射光的光強越大，光波的電場強度的振幅也越大，作用在金屬中電子上的力也就越大，光電子逸出的能量也應(yīng)該越大。也就是說，光電子的能量應(yīng)該隨著光強度的增加而增大，不應(yīng)該與入射光的頻率有關(guān)，更不應(yīng)該有什么截止頻率。光電效應(yīng)實驗表明：飽和電流不僅與光強有關(guān)而且與頻率有關(guān)，光電子

6、初動能也與頻率有關(guān)。只要頻率高于極限頻率，即使光強很弱也有光電流；頻率低于極限頻率時，無論光強再大也沒有光電流。光電效應(yīng)具有瞬時性。而經(jīng)典認為光能量分布在波面上，吸收能量要時間，即需能量的積累過程。為了解釋光電效應(yīng)，愛因斯坦在能量子假說的基礎(chǔ)上提出光子理論，提出了光量子假設(shè)。3、愛因斯坦的光量子假設(shè)（1）內(nèi)容光不僅在發(fā)射和吸收時以能量為h的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時也是如此。也就是說，頻率為 的光是由大量能量為 E =h的光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速 c 運動。（2）愛因斯坦光電效應(yīng)方程在光電效應(yīng)中金屬中的電子吸收了光子的能量，一部分消耗在電子逸出功W0，另一部分變?yōu)楣怆?/p>

7、子逸出后的動能 Ek 。由能量守恒可得出：W0為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功Wk為光電子的最大初動能。（3）愛因斯坦理論對觀點效應(yīng)規(guī)律的解釋教師：請同學用愛因斯坦理論對觀點效應(yīng)規(guī)律進行解釋。學生回答，教師進行點評。光強大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。電子只要吸收一個光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時間的累積。 從方程可以看出光電子初動能和照射光的頻率成線性關(guān)系從光電效應(yīng)方程中，當初動能為零時，可得極限頻率：愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當時并未被物理學家們廣泛承認，因為它完全違背了光的波動理論。美國物理學家密立根，花了十年時間做了“光電效應(yīng)”實驗，結(jié)果在19

8、15年證實了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，h 的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應(yīng)的實驗規(guī)律，榮獲1921年諾貝爾物理學獎。密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學獎。4、光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用（1）光控繼電器可以用于自動控制，自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等。（2）光電倍增管可對微弱光線進行放大，可使光電流放大105108倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。5、康普頓效應(yīng)（1）光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射

9、。（2）康普頓效應(yīng)1923年康普頓在做 X 射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長和散射物質(zhì)都無關(guān)。（3）康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：按經(jīng)典電磁理論：如果入射X光是某種波長的電磁波，散射光的波長是不會改變的！散射中出現(xiàn)的現(xiàn)象，稱為康普頓散射。（4）經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時遇到的困難根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。無法解釋波長改變和散射角的關(guān)系。（5）光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。 若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論， 碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)。（6）康普頓散射實驗的意義有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設(shè)；首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設(shè)；證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，動量和能量守恒定律仍然是成立的（7）光子的能量和動量說明：動量能量是描述粒子的，頻率和波長則是用來描述波的6、課堂小結(jié)（1）光電效應(yīng)實驗觀察應(yīng)該如何進行？