《第1節(jié)光電效應(yīng)》教學(xué)設(shè)計(jì)(河北省縣級(jí)優(yōu)課)-物理教案

光電效應(yīng)教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能：1、了解并識(shí)別光電效應(yīng)現(xiàn)象；2、能表述光電效應(yīng)的規(guī)律；3、理解光子說和光電效應(yīng)方程。過程與方法：1、經(jīng)歷“探究光電效應(yīng)的規(guī)律”過程，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究的方法；2、嘗試發(fā)現(xiàn)波動(dòng)理論面對光電效應(yīng)的規(guī)律遇到的困惑；3、領(lǐng)略“觀察、實(shí)驗(yàn)--提出假說--實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的研究方法。情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)1、體驗(yàn)探究自然界規(guī)律的艱辛、喜悅與方法；2、陶冶崇尚科學(xué)、仰慕科學(xué)家，欣賞物理學(xué)的奇妙與和諧的情操；3、學(xué)習(xí)科學(xué)家敢于堅(jiān)持真理、勇于創(chuàng)新的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)是光電效應(yīng)的規(guī)律的探究和理論解釋，用光子說對光電效應(yīng)的理論和規(guī)律進(jìn)行解釋難點(diǎn)是用光子說來解釋光電效應(yīng)的規(guī)律。教具鋅板、驗(yàn)電器、紫外線燈、白熾燈、絲綢、玻璃棒、光電效應(yīng)演示儀．多媒體設(shè)計(jì)理念因?yàn)樽龊脤?shí)驗(yàn)探究和類比解釋是學(xué)生理解光電效應(yīng)的關(guān)鍵，所以課堂教學(xué)以圍繞光電效應(yīng)三十年精彩歷程為線索，尋著“光電效應(yīng)”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、探究規(guī)律、提出假說、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這樣一個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程，來展示學(xué)科知識(shí)，滲透科學(xué)思想方法，因此以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，探究為手段，借助多媒體課件播放、實(shí)驗(yàn)裝置重現(xiàn)、類比等方法來突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)。教學(xué)過程師：同學(xué)們好生：老師您好引入課題師：人類對光的本性的認(rèn)識(shí)，到麥克斯韋提出光是一種電磁波的理論，應(yīng)該來說光的波動(dòng)說似乎已經(jīng)完美無缺了。然而即使在證實(shí)電磁波存在的過程中，人們發(fā)現(xiàn)了光具有粒子性的重要事實(shí)，這就是光電效應(yīng)現(xiàn)象。光電效應(yīng)最先是由赫茲發(fā)現(xiàn)的，他的學(xué)生勒納德對光電效應(yīng)的研究是卓有成效的，并成功解決了光電效應(yīng)面臨的難題并因此在1921年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，物理學(xué)家密立根通過精確實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了愛因斯坦理論，并于1923年也獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，光電效應(yīng)的科學(xué)之光經(jīng)眾多物理學(xué)家?guī)资甑那案昂罄^，在物理學(xué)史上成為絢麗奪目的篇章，那么讓我們翻開科學(xué)這炫目的一頁，來沐浴科學(xué)的陽光。板書一：光電效應(yīng)現(xiàn)象1.演示實(shí)驗(yàn)．將鋅板與驗(yàn)電器用導(dǎo)線連接，用細(xì)砂紙打磨鋅板表面．把絲綢摩擦過的玻璃棒放在鋅板附近，用紫外線燈照射鋅板．邊演示邊提問：紫外線燈打開前后，驗(yàn)電器指針有什么變化？這一現(xiàn)象說明了什么問題？引導(dǎo)學(xué)生分析并得出結(jié)論：光線照射金屬表面，金屬失去了電子導(dǎo)致驗(yàn)電器指針張開一角度．2.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)實(shí)際上效果是很不好的，還有改進(jìn)的一個(gè)方法是先讓這個(gè)鋁箔帶上電張開，然后鋁箔與鋅板連接，紫外線一照射，這樣鋅板帶上正電，那么鋁箔的張角就要稍微的增大，這種效果也會(huì)明顯些，這是一種改進(jìn)方式，還有一種改進(jìn)的方案是在這個(gè)驗(yàn)電器上接一個(gè)銅網(wǎng)，那么鋅板帶上正電，銅網(wǎng)上就會(huì)大量的具體負(fù)電荷，然后形成一個(gè)電場，然后鋅板失去電子到銅網(wǎng)上，如果沒有照射那么鋁箔的張角變化至少在半分鐘內(nèi)無法出現(xiàn)，如果這時(shí)候用光線一照，張角就變化了。板書二：光電效應(yīng)規(guī)律的探究首先變換光源，說明光電效應(yīng)產(chǎn)生是有條件的，在此基礎(chǔ)上，提出定量研究的問題并出示實(shí)驗(yàn)裝置，利用此裝置，讓學(xué)生明確：如何調(diào)整入射光的頻率？如何調(diào)整入射光的強(qiáng)度？測試儀的作用是什么？然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，可以分為這樣幾個(gè)步驟：第一，探究光電效應(yīng)發(fā)生的條件。功過改變堿金屬和入射光的頻率，得到發(fā)生光電效應(yīng)的條件：入射光線的頻率大于等于該金屬的極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，不同金屬極限頻率不同。第二，探究光電子動(dòng)能的大小，通過改變陰極K和陽極A間的電壓，得到金屬的截止電壓，由此分析得到光電子的初動(dòng)能，并得出結(jié)論：光電子的最大出動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，之隨入射光的頻率增大而增大。第三，探究光電流的大小，在保證能夠發(fā)生光電效應(yīng)的前提下改變?nèi)肷涔獾膹?qiáng)度，從而得到：當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)，保持頻率不變，若入射光越強(qiáng)則光電流越大，同時(shí)得到結(jié)論4：光電子發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的。板書三：光電效應(yīng)與光的電磁理論的矛盾師：通過以上實(shí)驗(yàn)研究出光電效應(yīng)規(guī)律，你能用經(jīng)典電磁理論解釋光電效應(yīng)嗎？有困惑嗎？生：有師：請思考討論看書歸納總結(jié)出我們的波動(dòng)理論與光電效應(yīng)事實(shí)相矛盾。（展示PPT:光電效應(yīng)與光的電磁理論的矛盾）第一，

波動(dòng)理論解釋不了極限頻率，認(rèn)為光的強(qiáng)度由光波的振幅決定，跟頻率無關(guān)，只要入射光足夠強(qiáng)，就應(yīng)該能發(fā)生光電效應(yīng)，但剛才的事實(shí)并非如此。第二，

波動(dòng)理論解釋不了光電子的最大初動(dòng)能只與光的頻率有關(guān)而與光的強(qiáng)度無關(guān)。波動(dòng)理論還解釋不了光電效應(yīng)發(fā)生的時(shí)間極短。師：面對這樣的矛盾促使人們改變認(rèn)識(shí)，構(gòu)建新的思想框架來明了觀察結(jié)果，或者說是創(chuàng)立新的理論知識(shí)，那么在1905年，愛因斯坦用突破性的量子化思想對光電效應(yīng)作出了圓滿的解釋。這時(shí)候可以介紹愛因斯坦的光量子假說，介紹普朗克對電磁波輻射所做的量子化假說在剛開始的時(shí)候并沒有引起人們多少注意，但是愛因斯坦敏銳地捕捉了這一思想閃光，并徹底貫穿到光的輻射與吸收和傳播問題中。那么究竟愛因斯坦的光子說是怎么回事呢？這時(shí)候可以讓學(xué)生閱讀光子說，了解光子說的內(nèi)容。光子說的核心就是在空間傳播的光，它的能量不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光量子，簡稱光子，一份光子的能量E=hv。知道愛因斯坦的光子假說，現(xiàn)在你能解釋剛才的困惑嗎？試試看，這時(shí)可以讓學(xué)生做充分的思考與討論，用光子學(xué)說解釋光電效應(yīng)，這可能是學(xué)生第一次用量子化的觀點(diǎn)解釋微觀現(xiàn)象，因此學(xué)生會(huì)感到抽象難懂，這里我們可以用宏觀的現(xiàn)象來對連續(xù)性和量子化做一個(gè)類比，比如說用我們走的路----走的公路與梯子來類比，怎么來比呢？其實(shí)公路就是連續(xù)的，而梯子就是量子化的。師：為什么一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子的能量？為什么光子的能量大于或等于使電子逃逸出來所做的功，電子才能跑出來變成光電子呢？電子能不能同時(shí)吸收幾個(gè)光子的能量當(dāng)積累到一定程度就跑出來?生：不明白。師：可以用這樣一個(gè)來類比，人跳一個(gè)固定高度的臺(tái)階，這高度相當(dāng)于金屬的極限頻率，當(dāng)每次給我們的能量足夠，每次給的能量大于或等于跳上臺(tái)階所需要增加的重力勢能，一次就能跳上去。但是如果我們每次給個(gè)能量小于人跳上臺(tái)階所需要增加的重力勢能，跳的高度始終小于這個(gè)固定高度，則每次給我們的能量又以動(dòng)能的形式釋放出來，在進(jìn)行第二次跳躍時(shí)，第一次給的能量已經(jīng)釋放，相當(dāng)于只給了第二次的能量，這個(gè)能量還是小于跳躍臺(tái)階所需要增加的重力勢能，所以最終是無論我們跳多少次，跳得多快，每次跳躍時(shí)都只具有一次所給的能量，都小于所需要的重力勢能，都不能跳上去。與此類似，當(dāng)光子能量大于金屬逸出功，則介質(zhì)吸收一個(gè)光子后一下就能跑出來成為光電子，不吸收第二個(gè)；當(dāng)光子能量小于金屬逸出功，無論有多少光子打在電子商，電子都不會(huì)跑出來，最多就是打一下，跳一下又回到原來狀態(tài)。師：最后我們對愛因斯坦提出的光子說做一個(gè)小小的說明：愛因斯坦憑著敏銳的洞察力、超長的智力和超強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)提出光子說理論，這就使得解釋光電效應(yīng)變得出奇地簡單明了，但在當(dāng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)測量尚不精確，科學(xué)家對量子化的物理極不適應(yīng)，因此并未得到當(dāng)時(shí)的認(rèn)可，甚至被說成是“冒昧的假設(shè)”，直到1907年美國物理學(xué)家密立根通過精確實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了愛因斯坦理論的正確性，因此建樹起近代物理學(xué)研究的豐碑，也因此他于1921年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。教學(xué)反思1.關(guān)于教學(xué)內(nèi)容的處理。我們教學(xué)內(nèi)容的處理要從幾個(gè)方面，一個(gè)方面是要從課程標(biāo)準(zhǔn)的要求出發(fā)，另一個(gè)方面也要從我們的學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)際出發(fā)。因此我要說的觀點(diǎn)是在我們確定這節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)以及選擇組合我們的教學(xué)內(nèi)容的時(shí)候，要基于兩個(gè)方面，一個(gè)是基于我們的課程標(biāo)準(zhǔn)，要準(zhǔn)確把握課程標(biāo)準(zhǔn)對我們這節(jié)課的教學(xué)要求，它的層次是比較富有的，另一個(gè)是要基于學(xué)生的實(shí)際情況出發(fā)，如果我們的學(xué)生成績很好，我們也要從這個(gè)出發(fā)，把一些深一點(diǎn)的知識(shí)讓學(xué)生知道，這對幫助學(xué)生深刻理解光電效應(yīng)規(guī)律是有好處的，但如果我們所教的學(xué)生的基礎(chǔ)比較差，這時(shí)候我們不必用這么深刻的實(shí)