高中物理-光電效應教學設計學情分析教材分析課后反思

【教學設計】光電效應_物理_高中_1、引入：幻燈片展示光電效應的三個諾貝爾物理學獎項。（得主照片與簡介）光電效應最先由赫茲發(fā)現(xiàn)，他的學生勒納德對光電效應的研究卓有成效并獲1905年諾貝爾物理學獎，愛因斯坦提出光子說從理論上成功解決光電效應面臨的難題并因此獲1921年諾貝爾物理學獎，美國物理學家密立根通過精確實驗驗證了愛因斯坦理論，并獲1923年諾貝爾物理學獎。光電效應的科學之光經(jīng)眾多物理學獎前赴后繼，三十年努力求索，在物理學史上成為絢麗奪目的篇章……（通過展示光電效應的三個物理學獎項引起學生對光電效應一探究竟的學習動機）(2’)2、視頻演示實驗：X光照射鋅板演示光電效應現(xiàn)象。觀察現(xiàn)象，通過階梯形、邏輯性提問引發(fā)思考。提問如下：：這個是什么儀器？（指著驗電器問）：這個儀器有什么用？：現(xiàn)在驗電器金屬箔張開說明了什么？：那么驗電器為什么帶電呢？與之前弧光燈不照射金屬箔不張開對比，引導學生分析出正是因為弧光燈的照射，鋅板發(fā)射出電子自身帶上了正電。（此處可設問這種現(xiàn)象與靜電感應有何區(qū)別？）引導學生用自己的話描述光電效應現(xiàn)象，從而引出光電效應概念：物體在光的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象叫光電效應，發(fā)射出來的電子叫光電子。（學生將了解并可以識別光電效應）光電效應是一個奇特的現(xiàn)象，有很多科學家對這個現(xiàn)象進行了研究，包括上面三位諾貝爾物理學獎得主，那么，如果是你，你會怎么去探究光電效應的規(guī)律呢？(5’)提問：我們從初中開始以及高中三年學過的實驗探究的方法有哪些？（控制變量法，對比試驗，轉化法等）引導學生分析，要探究光電效應，首先需要讓光電效應再生，也就是需要光電效應的發(fā)生裝置（比如上述弧光燈照射鋅板就是一個發(fā)生裝置，但要定量探究還須改進）——>光電效應現(xiàn)象看不到摸不著，必須轉化為可測量的量去研究它(轉化法)——>光電效應既然有電子發(fā)射出來，那么可以從電子的角度去研究，與電子有關的量有什么呢，比如電流，如果要研究電流，就必須要有一個電路。好了，這是我們的推斷，那么接下來我們去看看由于對光電效應卓有成效地研究而獲得諾貝爾物理學獎的勒納德是怎么樣探究的。（直接原因分析法）3、勒納德實驗探究光電效應規(guī)律?；脽羝故纠占{德研究光電效應規(guī)律的實驗裝置：（書上的實驗電路圖就是這個的簡化）針對實驗電路圖，簡單介紹實驗儀器：光電管——產生光電效應現(xiàn)象裝置其余部分——定量測定由于光電效應產生的電流（與我們剛才的推斷是一樣的，學生會由于與物理學家的歷史共鳴獲得一種喜悅感）并進行如下提問：此電路圖采用何種接法？（分壓法）分壓法有什么優(yōu)點？（可以控制用電器兩端電壓從零開始變化，電壓調節(jié)范圍大）（這里回顧選修3-1恒定電流的知識，引導學生明白物理知識間的聯(lián)系與物理探究所需的知識儲備）提問：①不同顏色的光，即不同頻率的光照射靈敏電流計的示數(shù)是否會變化呢？②有的話要用到哪種探究方法？（控制變量法）③在這個裝置中加在光電管兩端的電壓是否會影響靈敏電流計的示數(shù)呢？4視頻展示實驗操作及其實驗現(xiàn)象實驗操作（1）：用一定的頻率和強度的單色光照射陰極K，滑動變阻器從最左端慢慢向右滑動（即從零開始改變加在A和K兩極間的電壓U），測量光電流I的變化并記錄數(shù)據(jù)。實驗現(xiàn)象①：隨著電壓的增大光電流也增大，但是電壓增大到一定值的時候，光電流達到一個最大值。根據(jù)這個實驗現(xiàn)象，引導學生畫出光電管的伏安特性曲線。如圖2（橫軸為虛線是因為曲線是否過原點還未確定）圖2實驗現(xiàn)象②：滑動變阻器觸點在最左端，即U=0時，光電流并不為0，而且還是同向偏轉。引導學生根據(jù)此現(xiàn)象修正圖2得到圖3（這里故意將這兩個實驗現(xiàn)象分開展示，是因為學生總是先注意到曲線的趨勢再關心曲線的一些特殊點，也起到對于曲線是否過原點的強調作用）：圖3根據(jù)實驗現(xiàn)象提問，引導學生進行分析與解釋：為什么U=0的時候光電流并不為0？引導學生分析原因，電流形成的原因是電荷的定向移動（這里是光電子），說明了當U=0時，有光電子從K板（陰極）運動到了A板（陽極）→說明離開K板（陰極）時，光電子具有動能（此處不講速度，是因為大量光電子離開陰極表面的速度沿各個方向，且在兩極之間作平拋或者斜拋或者直線運動，從能量角度研究比較方便）。那么怎樣才能使得光電流變?yōu)?呢？引導學生分析，光電流變?yōu)?→光電子無法到達（A板）陽極→光電子到達陽極前動能已經(jīng)變?yōu)榱?，臨界條件是恰好變?yōu)?→加上反向電壓。（這一步分析順理成章，得出加反向電壓這個操作并不突兀，有助于學生創(chuàng)新思維的鍛煉，而且所謂創(chuàng)新并非天馬行空，而是有堅實的依據(jù)與嚴密的邏輯，體現(xiàn)了直接原因推理法的有效性）承接剛才的分析展示實驗操作（2）：滑動變阻器觸點回到最左端，兩個單刀雙擲開關分別打到另一觸點（即加上反向電壓），調節(jié)滑動變阻器，待電流計示數(shù)為零時，記錄電壓表示數(shù)Uc。實驗現(xiàn)象③：在同一頻率同一強度的光照射下，當反向電壓為調節(jié)到一定值Uc時（遏止電壓），光電流恰好為零，且繼續(xù)增大電壓，光電流仍為0。引導學生根據(jù)實驗現(xiàn)象修正伏安特性曲線，如圖4：圖4提問：好，現(xiàn)在完成了在同一頻率同種強度光照射下的光電管的伏安特性曲線，下面該做什么呢？（控制變量法）采用不同頻率不同強度的單色光照射重復上述實驗操作，并匯出光電管的伏安特性曲線，如圖5，6，且得到遏止電壓與入射光頻率間的關系，如圖7：圖5不同光強不同頻率圖6圖7入射光頻率與遏止電壓的線性關系引導學生用語言描述圖5，6，7所蘊含的信息。（學生對于物理圖像的信息提取能力、語言表達能力得到練習與強化）評價學生的描述。我們來看下勒納德總結出的光電效應四大實驗規(guī)律（幻燈片展示）：（1）、存在飽和電流。飽和電流強度與入射光強度成正比。（2）、存在遏止電壓。光電子的最大初動能隨入射光頻率的增加而增加，與入射光光強無關

。（3）、存在極限頻率。對于每一種金屬，只有當入射光頻率υ大于一定的頻率υc時，才會產生光電效應

。頻率υc成為極限頻率。（4）、光電效應具有瞬時性

，這段時間不超過10-9s。提問：1，為什么飽和光電流強度與入射光強度成正比？2，為什么光電子的最大初動能隨入射光頻率的增加而增加，與入射光光強無關

?3，為什么存在極限頻率？4，為什么光電效應發(fā)生極短?5、愛因斯坦對光電效應規(guī)律的理論解釋（這部分鼓勵學扮演愛因斯坦嘗試利用光子說與光電效應方程進行理論解釋，隨后表格展示四大規(guī)律的解釋）：對應規(guī)律對規(guī)律的產生的解釋存在極限頻率νc電子從金屬表面逸出，首先必須克服金屬原子核的引力做功W0，要使入射光子的能量不小于W0，對應的頻率νc＝W0/h，即極限頻率光電子的最大初動能隨著入射光頻率的增大而增大，與入射光強度無關（難點2）電子吸收光子能量后，一部分克服阻礙作用做功，剩余部分轉化為光電子的初動能，只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動能，對于確定的金屬，W0是一定的，故光電子的最大初動能只隨入射光的頻率增大而增大（利用光電效應方程Ek＝hν－W0解釋）光電效應具有瞬時性光照射金屬時，電子吸收一個光子的能量后，動能立即增大，克服引力做功，逸出金屬表面，不需要能量積累的過程光較強時飽和電流大光較強時，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時產生的光電子較多，因而飽和電流較大（難點1光強的理解）光電效應的圖像：圖8任何物理理論的建立都必須經(jīng)過實驗的驗證，那么是誰第一個驗證了愛因斯坦的光電方程呢？6、密立根精確實驗驗證光電效應方程（幻燈片展示）1916年，美國物理學家密立根（R.A.MilliKan,美，1868－1953）的精確實驗證實了愛因斯坦的光電方程。非常有趣的是密立根的精確的實驗驗證了愛因斯坦光電方程的正確性，卻是完全與他預料的相反，密立根一直對愛因斯坦的光電子假設持保留態(tài)度。他說：“經(jīng)過十年之久的試驗、變換和學習，有時甚至還要出差錯，在這之后，我把一切努力從一開始就針對光量子發(fā)射能量的精密測量，測量它隨溫度、波長、材料（接觸電勢差）改變的函數(shù)的關系。與我自己的預料相反，這項工作終于在1914年成了愛因斯坦方程式在很小實驗誤差范圍內精確有效的第一次直接實驗證據(jù)，并且第一次直接從光電效應測普朗克常量h，所得精度大約為0.5%，這是當時所能得到的最佳值”。密立根在事實面前服從真理，反過來宣布愛因斯坦的光電方程完全得到證實，這是很值得后人學習的。由于他對光電效應及測量基元電荷的出色研究，因而獲得了1923年諾貝爾物理學獎。（此處幻燈片展示密立根實驗裝置，并作簡要介紹，學生扮演密立根朗讀他的臺詞，將體會到物理學家追求真理的艱辛與毅力，感受他們堅定的唯物主義觀念）當堂檢測10分鐘同桌相互批改8、課堂小結【學情分析】光電效應_物理_高中_本課學習主體是高三學生。學生雖然已經(jīng)學習過光譜、光的干涉、衍射內容與普朗克關于黑體輻射的能量子假說，然而由于高三教學在這一節(jié)往往重視結論型陳述、輕視物理探究史實際和邏輯推理，導致學生這一部分知識一知半解，很快遺忘；學生數(shù)學與物理結合的思想較差，缺少思考、鉆研的主動性。學生急需找到一種適合這部分知識總結推理的主線。綜上分析，學生有必要從知識上、邏輯上、情感上對光電效應，光子說與量子物理基礎有一個修正性的認識，對物理學習的興趣、態(tài)度、方法進一步發(fā)生改變?！拘Ч治觥抗怆娦猒物理_高中_一、教師方面1、教學準備到位精細，素材豐富，可操作性較強。2、教學目標的確立。不是照搬教參目標，而是有機整合，適合學情。努力達成了教學目標，滲透了物理學科素養(yǎng)的培養(yǎng)。3、教學內容的處理。從學生基礎，最近發(fā)展區(qū)，結構到性質的過渡出發(fā)，按照一般到個別、個別到一般的認知規(guī)律，挖掘各欄目的使用價值，創(chuàng)造性的利用教材。4、教學的實施。創(chuàng)設教學情境，有圖片、視頻、實物等等，引起學生的視覺沖擊力。而且注重學科特點，實驗動腦、動口。從觀念進行引領。讓知識系統(tǒng)化。5、教學模式進一步得到了錘煉。6、注重評價。評價目標多元化，方式多樣化。充分鼓勵激勵學生，致力于挖掘學生潛能、斗志。二、學生方面教學目標達成。學生不僅掌握了知識，而且情感價值觀也得到了培養(yǎng)。學生主動參與教學活動，積極思考，認真發(fā)表自己的觀點。與老師形成學習共同體，平等交流。整節(jié)課以學生探究為主線，突出了學生的主體地位，培養(yǎng)了學生科學的學習方法。通過學生討論交流，不但加深了學生對本節(jié)知識的理解，還培養(yǎng)了學生科學探究的思想和團隊協(xié)作精神。以諾貝爾獎引入新課，激發(fā)了學生的學習興趣，吸引了學生的注意力。對學生進行了價值觀、人生觀教育，要做一個有理想的人，對社會有價值的人。課堂設計以問題為中心（“問”為中心。知識問題化、問題知識化，讓課堂充滿問題很容易、讓問題充滿思考不容易）；以“互學、展學、點學”為主線；（“學”為主線）以效率(知識立意）、效果（內容與形式的結合）、效益（綜合目標的集合、學科育人功能的發(fā)揮、情感態(tài)度價值觀的引領、追求有文化的課堂）為目標，追求效率最大化、效果最佳化、效益最優(yōu)化。問題層次感強，從學生反映情況看，可以說大部分同學掌握了本節(jié)課主干知識，真正實現(xiàn)了效果最佳化?？傊菊n的教學很好的完成了教學目標，真正實現(xiàn)了教學相長?！窘滩姆治觥抗怆娦猒物理_高中_本課題為普通高中魯科版物理選修3-5第5章波與粒子第一節(jié)內容。是光的粒子性的第一塊內容。在選修3-4中，學生先學習光的波動性，而在本節(jié)中，學生將學習光的粒子性的證據(jù)：光電效應現(xiàn)象及其解釋理論——光電效應方程。本課教材蘊含著十分豐富的教學內容：在知識方面，本課內容作為后牛頓物理兩大支柱之一——量子理論的入門，涉及到量子物理最基礎的內容，也是量子物理與經(jīng)典物理學的重要銜接；同時本課還有著濃厚的物理學科文化積淀，有物理學史、科學方法、、科學精神、辯證唯物主義思想、創(chuàng)新意識等人文精神教育題材。教材在知識陳述上較為淺顯直接，而關于這些知識的“背景”，則是相當豐滿、承賦人文，為實施“科學的人文教育價值”提供了很大的空間?！驹u測練習】光電效應_物理_高中_1．如圖所示，鋅板與驗電器相連，用紫外線燈照射鋅板，發(fā)現(xiàn)驗電器指針張開一個角度，則()A．鋅板帶正電，驗電器帶負電B．鋅板帶正電，驗電器帶正電C．若改用紅外線照射，驗電器指針仍張開D．若改用紅外線照射，驗電器指針不會張開1.解析：用紫外線照射鋅板，發(fā)生光電效應，鋅板發(fā)射光電子，故鋅板帶正電，鋅板上的正電荷將驗電器上的負電荷吸引過來，驗電器帶正電，A錯誤，B正確；若改用紅外線照射，紅外線的頻率低于鋅的截止頻率，不會發(fā)生光電效應，C錯誤，D正確。答案：B、D2．某單色光照射某金屬時不能產生光電效應，則下述措施中可能使該金屬產生光電效應的是()A．延長光照時間B．增大光的強度C．換用波長較短的光照射D．換用頻率較低的光照射3.解析：光照射金屬時能否產生光電效應，取決于入射光的頻率是否大于金屬的極限頻率，與入射光的強度和照射時間無關，故A、B、D選項均錯誤；又因ν＝eq\f(c,λ)，所以C選項正確。答案：C3．用綠光照射一光電管，能產生光電效應，欲使光電子從陰極逸出時的最大初動能增加，則應()A．改用紅光照射B．增大綠光的強度C．增大光電管上的加速電壓D．改用紫光照射解析：由愛因斯坦光電效應方程Ek＝eq\f(1,2)mv2＝hν－W0知，光電子的最大初動能僅與入射光的頻率有關，故僅D選項正確。答案：D4．某種單色光的頻率為ν，用它照射某種金屬時，在逸出的光電子中動能最大值為Ek，則這種金屬逸出功和極限頻率分別是()A．hν－Ek，ν－eq\f(Ek,h)B．Ek－h(huán)ν，ν＋eq\f(Ek,h)C．hν＋Ek，ν－eq\f(h,Ek)D．Ek＋hν，ν＋eq\f(h,Ek)解析：由光電效應方程Ek＝hν－W得W＝hν－Ek，而W＝hν0，則ν0＝eq\f(W,h)＝eq\f(hν－Ek,h)＝ν－eq\f(Ek,h)，故A正確。答案：A【課后反思】光電效應_物理_高中_高中物理設置光電效應一節(jié)，主要目的不是讓學生獲知或者認識光電效應這一現(xiàn)象，而是讓學生體驗——解釋物理現(xiàn)象的過程中推動了物理理論的發(fā)展，而且理論發(fā)展的關鍵是觀念的更新——自然學科的發(fā)展規(guī)律。本節(jié)學習的始點是了解光電效應這一現(xiàn)象及其特定實驗中的實驗規(guī)律；問題的歸宿是新舊觀念對光電效應的解釋對比，從而進一步論證新觀念的廣泛性。本節(jié)課，新概念多且抽象、概念之間的關系緊密又復雜，又要引導同學們以新舊兩種觀念分析同一問題，在比較中體驗新觀念的意義，理解物理理論的發(fā)展規(guī)律、領會自然科學的發(fā)展觀。這樣的教學特點和目標，在客觀上就加大了本節(jié)課的授課難度。教學中引導同學們以能量連續(xù)性（和積累性）觀念和