《第一節(jié) 光電效應(yīng) 光子說(shuō)》導(dǎo)學(xué)案

《第一節(jié)光電效應(yīng)光子說(shuō)》導(dǎo)學(xué)案班次：組號(hào)：姓名：【學(xué)習(xí)目標(biāo)】知識(shí)與能力目標(biāo)：理解光電效應(yīng)現(xiàn)象和光子說(shuō)的基本概念；能運(yùn)用光子說(shuō)解釋光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。過(guò)程與方法目標(biāo)：通過(guò)分析光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)會(huì)歸納總結(jié)規(guī)律的方法；通過(guò)對(duì)比經(jīng)典電磁理論和光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋，提高邏輯思維能力。情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：感受科學(xué)家探索微觀世界的艱辛與智慧，培養(yǎng)對(duì)科學(xué)研究的興趣和尊重科學(xué)的態(tài)度?！緦W(xué)法指導(dǎo)】預(yù)習(xí)探究、小組討論、實(shí)驗(yàn)觀察、對(duì)比分析、總結(jié)歸納【重、難點(diǎn)】重點(diǎn)：1、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。2、光子說(shuō)的內(nèi)容及其對(duì)光電效應(yīng)的解釋。難點(diǎn)：1、理解光子能量與頻率的關(guān)系。2、如何運(yùn)用光子說(shuō)解釋光電效應(yīng)中存在極限頻率等現(xiàn)象?！菊n前檢測(cè)】1、光電效應(yīng)是指（）A.金屬在光照下發(fā)射電子的現(xiàn)象B.金屬在加熱下發(fā)射電子的現(xiàn)象C.金屬在通電下發(fā)射電子的現(xiàn)象D.金屬在磁場(chǎng)作用下發(fā)射電子的現(xiàn)象2、關(guān)于光電效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是（）A.只要光照射的時(shí)間足夠長(zhǎng)，任何金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)B.從金屬表面逸出的光電子的最大初動(dòng)能越大，這種金屬的逸出功越小C.極限頻率越大的金屬材料逸出功越大D.入射光的光強(qiáng)一定時(shí)，頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多3、以下關(guān)于光子說(shuō)的敘述，正確的是（）A.光子說(shuō)就是牛頓提出的微粒說(shuō)B.光子說(shuō)認(rèn)為光是一份一份不連續(xù)的能量，每一份叫一個(gè)光子C.光子說(shuō)認(rèn)為光的能量是連續(xù)的，可以取任意值D.光子說(shuō)成功解釋了光的干涉和衍射現(xiàn)象【知識(shí)鏈接】一、光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)之旅在19世紀(jì)末的時(shí)候啊，科學(xué)家們都在忙著探索各種奇妙的物理現(xiàn)象。有個(gè)叫赫茲的科學(xué)家，他在做電磁實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，意外地發(fā)現(xiàn)了一個(gè)超級(jí)有趣的現(xiàn)象。他發(fā)現(xiàn)當(dāng)用紫外線照射兩個(gè)金屬電極的時(shí)候，電極之間就很容易產(chǎn)生電火花。這就像是你在黑暗中摸索，突然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)神秘的開(kāi)關(guān)，打開(kāi)了一扇通往新物理世界的大門(mén)。當(dāng)時(shí)的科學(xué)家們都很疑惑，按照經(jīng)典的電磁理論，這個(gè)現(xiàn)象似乎有點(diǎn)難以解釋。這就好比你一直用一種習(xí)慣的方式去理解一個(gè)東西，突然這個(gè)東西做出了不符合你理解的行為，你是不是也會(huì)覺(jué)得很奇怪呢？于是，更多的科學(xué)家就開(kāi)始投入到對(duì)這個(gè)現(xiàn)象的研究當(dāng)中，這個(gè)現(xiàn)象就是我們現(xiàn)在所說(shuō)的光電效應(yīng)。二、經(jīng)典電磁理論的困境經(jīng)典電磁理論在解釋光電效應(yīng)的時(shí)候，就像是一個(gè)迷路的人在森林里亂轉(zhuǎn)。比如說(shuō)，按照經(jīng)典理論，只要光足夠強(qiáng)，不管光的頻率是多少，都應(yīng)該能打出電子來(lái)?？墒悄兀瑢?shí)驗(yàn)結(jié)果卻不是這樣的。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，每種金屬都有一個(gè)極限頻率，只有當(dāng)光的頻率大于這個(gè)極限頻率的時(shí)候，才能發(fā)生光電效應(yīng)。這就好比你有一把特殊的鑰匙，只能開(kāi)特定頻率的鎖一樣。而且，經(jīng)典理論還不能解釋光電效應(yīng)發(fā)生的時(shí)間極短這個(gè)現(xiàn)象。這就好像經(jīng)典理論這個(gè)工具，在光電效應(yīng)這個(gè)大工程面前，有點(diǎn)力不從心啦?！緦W(xué)習(xí)過(guò)程】一、導(dǎo)入咱們先來(lái)講個(gè)小故事哈。有個(gè)叫小明的同學(xué)，他特別喜歡搗鼓一些小電器。有一天，他拿著一個(gè)小金屬片，在陽(yáng)光下擺弄，他就想啊，這金屬片在陽(yáng)光下會(huì)不會(huì)有什么特別的反應(yīng)呢？他突然就想到了他在物理課上學(xué)到的光電效應(yīng)。這就像我們?cè)谏钪?，總?huì)突然把學(xué)到的知識(shí)和實(shí)際的東西聯(lián)系起來(lái)一樣。那光電效應(yīng)到底是怎么一回事呢？今天我們就來(lái)好好研究研究。二、點(diǎn)評(píng)學(xué)案完成情況1、表?yè)P(yáng)那些認(rèn)真完成課前檢測(cè)的同學(xué)，給大家分享一下做得好的地方，比如對(duì)概念的理解比較準(zhǔn)確。2、指出大家普遍存在的問(wèn)題，像是對(duì)某些概念容易混淆之類的。三、明確本堂課的任務(wù)目標(biāo)同學(xué)們，今天這堂課啊，我們就像是一群探險(xiǎn)家，要去探索光電效應(yīng)和光子說(shuō)的神秘世界。我們要搞清楚光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)到底是怎么做的，會(huì)出現(xiàn)哪些奇妙的現(xiàn)象，還有光子說(shuō)這個(gè)神奇的理論是怎么來(lái)的，又怎么能夠解釋光電效應(yīng)的這些現(xiàn)象。這就像是我們要去解開(kāi)一個(gè)超級(jí)復(fù)雜的謎題一樣，是不是很有趣呢？四、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究1、實(shí)驗(yàn)裝置介紹同學(xué)們，想象一下，我們面前有一個(gè)很精致的實(shí)驗(yàn)裝置。這里有一個(gè)金屬板，就像一塊小小的金屬陸地，還有一個(gè)光源，這個(gè)光源就像是太陽(yáng)，能發(fā)出各種各樣的光。還有一些測(cè)量?jī)x器，就像是精密的小偵探，能探測(cè)到電子的情況呢。2、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察（1）改變光的強(qiáng)度我們先讓光源發(fā)出光，然后慢慢改變光的強(qiáng)度。這時(shí)候我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)很奇怪的現(xiàn)象。當(dāng)光的頻率低于某個(gè)值的時(shí)候，不管我們把光的強(qiáng)度調(diào)得多大，都沒(méi)有電子從金屬板上跑出來(lái)。這就像是你怎么用力敲門(mén)，門(mén)就是不開(kāi)一樣，是不是很奇怪呢？（2）改變光的頻率然后我們?cè)俑淖児獾念l率。當(dāng)光的頻率達(dá)到某個(gè)特定的值之后，哪怕光的強(qiáng)度很弱，也會(huì)有電子從金屬板上跑出來(lái)。而且啊，隨著光頻率的增加，跑出來(lái)的電子的能量也會(huì)增加。這就像是你找到了正確的密碼，輕輕一按，門(mén)就開(kāi)了，而且門(mén)開(kāi)得越大（電子能量越大），密碼越復(fù)雜（光的頻率越高）呢。3、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律總結(jié)（1）存在極限頻率：每種金屬都有一個(gè)極限頻率，只有當(dāng)入射光的頻率大于這個(gè)極限頻率的時(shí)候，才能發(fā)生光電效應(yīng)。這就好比每種金屬都有自己的個(gè)性，只有滿足它的特定要求（頻率大于極限頻率），它才會(huì)把電子這個(gè)小寶貝放出來(lái)。（2）瞬時(shí)性：光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時(shí)的，只要光的頻率大于極限頻率，光照到金屬上，幾乎馬上就有電子逸出。這就像你按下開(kāi)關(guān)，燈幾乎立刻就亮了一樣迅速。（3）光電流與光強(qiáng)的關(guān)系：在能發(fā)生光電效應(yīng)的情況下，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。這就好像你給工人的報(bào)酬（光強(qiáng)）越多，愿意出來(lái)干活（產(chǎn)生光電流）的工人（電子）就越多。五、小組討論：經(jīng)典電磁理論的解釋與實(shí)驗(yàn)矛盾之處1、分組同學(xué)們分成幾個(gè)小組，就像組成幾個(gè)小探險(xiǎn)隊(duì)一樣。每個(gè)小組大概四五個(gè)人，大家可以自由組合，但是要保證每個(gè)小組都有積極發(fā)言的同學(xué)哦。2、討論內(nèi)容每個(gè)小組討論一下經(jīng)典電磁理論在解釋光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的時(shí)候，到底哪里出現(xiàn)了問(wèn)題。就像我們一起找一個(gè)迷路的人的錯(cuò)誤路線一樣。3、小組展示每個(gè)小組派一個(gè)代表來(lái)分享一下你們小組的討論結(jié)果。比如說(shuō)，有的小組可能會(huì)說(shuō)經(jīng)典理論認(rèn)為光強(qiáng)足夠大就能打出電子，但是實(shí)驗(yàn)表明有極限頻率的限制，這就是矛盾的地方。六、光子說(shuō)的提出1、愛(ài)因斯坦的智慧之光這時(shí)候啊，愛(ài)因斯坦就像一個(gè)超級(jí)英雄一樣出現(xiàn)了。他提出了光子說(shuō)。他認(rèn)為光不是像以前認(rèn)為的那樣是連續(xù)的能量，而是一份一份的，每一份就叫做一個(gè)光子。這就好比把一大袋糖果分成了一小包一小包的，每一小包就是一個(gè)光子。2、光子能量與頻率的關(guān)系光子的能量是和它的頻率有關(guān)系的，這個(gè)關(guān)系就是光子的能量等于普朗克常量乘以頻率，也就是E=hν（這里的E就是光子能量，h是普朗克常量，ν是頻率）。這就像是不同顏色（頻率）的糖果包，里面的糖果能量（光子能量）是不一樣的。七、光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋1、極限頻率的解釋根據(jù)光子說(shuō)，光子的能量要足夠大才能把電子從金屬中打出來(lái)。如果光子的能量小于金屬的逸出功（這個(gè)逸出功就像是把電子從金屬這個(gè)小房子里拉出來(lái)需要的最小力氣），那就沒(méi)辦法把電子打出來(lái)。而光子能量和頻率有關(guān)，所以就存在一個(gè)極限頻率，當(dāng)光的頻率對(duì)應(yīng)的光子能量等于逸出功的時(shí)候，這個(gè)頻率就是極限頻率。這就好比你要搬一個(gè)很重的東西，你力氣不夠（光子能量小于逸出功）就搬不動(dòng)，只有力氣達(dá)到一定程度（頻率達(dá)到極限頻率）才能搬得動(dòng)。2、瞬時(shí)性的解釋光子打在金屬上的時(shí)候，是一個(gè)光子和一個(gè)電子相互作用。只要光子的能量足夠大，這個(gè)相互作用是瞬間完成的，所以光電效應(yīng)的發(fā)生是瞬時(shí)的。這就像一顆子彈（光子）擊中一個(gè)目標(biāo)（電子），只要子彈的力量足夠，就能立刻把目標(biāo)擊中，不存在慢慢積累力量的過(guò)程。3、光電流與光強(qiáng)關(guān)系的解釋光強(qiáng)越大，說(shuō)明單位時(shí)間內(nèi)的光子數(shù)目越多。光子數(shù)目越多，能打出的電子就越多，所以光電流就越大。這就像你請(qǐng)的工人越多（光子數(shù)目越多），能完成的工作量（光電流）就越大。八、合作探究，小組展示1、探究光子說(shuō)與經(jīng)典電磁理論的本質(zhì)區(qū)別（1）小組討論各小組討論光子說(shuō)和經(jīng)典電磁理論在本質(zhì)上到底有哪些不一樣的地方。（2）展示與交流小組代表發(fā)言，比如說(shuō)光子說(shuō)認(rèn)為光的能量是不連續(xù)的，而經(jīng)典電磁理論認(rèn)為光是連續(xù)的能量波之類的區(qū)別。2、探究影響光電效應(yīng)中光電子最大初動(dòng)能的因素（1）小組討論同學(xué)們?cè)谛〗M里討論，到底哪些因素會(huì)影響光電子的最大初動(dòng)能呢？（2）展示與交流小組代表可能會(huì)說(shuō)根據(jù)光子說(shuō)，光電子的最大初動(dòng)能等于光子能量減去金屬的逸出功，所以光子的頻率和金屬的逸出功會(huì)影響光電子的最大初動(dòng)能。九、課堂小結(jié)同學(xué)們，今天我們就像是經(jīng)歷了一場(chǎng)奇妙的物理之旅。我們從光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)開(kāi)始，看到了經(jīng)典電磁理論在解釋這個(gè)現(xiàn)象時(shí)的困境，然后跟著愛(ài)因斯坦的腳步，走進(jìn)了光子說(shuō)的神奇世界，并且用光子說(shuō)成功地解釋了光電效應(yīng)的各種實(shí)驗(yàn)規(guī)律。這就像是我們?cè)谝粋€(gè)迷宮里，從迷茫到找到出口一樣，是不是很有成就感呢？十、當(dāng)堂演練：1、一束光照射到金屬板上，發(fā)生了光電效應(yīng)。如果增大光的強(qiáng)度，下列說(shuō)法正確的是（）A.逸出的光電子的最大初動(dòng)能增大B.逸出的光電子的最大初動(dòng)能不變C.單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目減少D.單位時(shí)間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目不變2、對(duì)于某種金屬，當(dāng)入射光的頻率為ν時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為Ekm。當(dāng)入射光的頻率變?yōu)?ν時(shí)，產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為（）（已知普朗克常量為h，金屬的逸出功為W0）A.3EkmB.Ekm+2hνC.Ekm-2hνD.Ekm+hν3、某金屬的逸出功為W0，用波長(zhǎng)為λ的光照射該金屬，能產(chǎn)生光電效應(yīng)。則該光的頻率為（）（已知光速為c）A.W0/hB.c/λC.W0/h+c/λD.c/λ-W0/h十一、作業(yè)1、復(fù)習(xí)光電效應(yīng)和光子說(shuō)的相關(guān)知識(shí)，制作一個(gè)思維導(dǎo)圖。2、查閱資料，了解光電效應(yīng)在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用，寫(xiě)一篇小短文介紹。十二、學(xué)后反思我的收獲：1