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视频标签：波和粒子
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视频课题：沪科版物理选修3-5的第二章《波和粒子》第二节《涅槃凤凰再飞翔》陕西省 - 咸阳
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《涅槃凤凰再飞翔》教学设计
【设计思想】
本节课的设计理念是：以学生为主体，将课堂还给学生，教师对学生的引导过程突出知识技能、过程方法、情感态度价值观三维目标的培养，突出本节教学的核心素养，为学生形成适应个人终身发展和社会需要的品格和能力。思维建构是解决问题的灵魂、是物理教学的根本，亲自参与的实验验证更是培养学生能力的途径。学生提前翻阅资料整理光的本性发展史，初步感受物理学家们的毅力和科学方法，以学生跨时空的辩论环节开启了学生对本节的求知欲，利用简易的光电效应演示装置进入本节学生参与推理和验证的主旋律，每个探究环节都从学生已有的知识出发，去探究论证，使得探究的问题顺其自然地落地生根、茁壮成长。其他关于本节康普顿效应和光电效应中的具体解释及应用放在后边的第二课时和第三课时处理。最后在教师的鼓励引导下学生大胆地进行课堂的总结，以培养学生能力和品格为轴，以教材知识为主线，完成整堂的教学和求知环节。
【教材分析】
本节《涅槃凤凰再飞翔》是沪科版物理选修3-5的第二章《波和粒子》的第二节，是高考选择题的高频考点，对整本书中波粒二象性以及概率分析、原子物理的各种建模起到了关键的知识基垫。应用普朗克的能量量子化假设，学生对于光的粒子性理论进行理论和实验的双重验证。光电效应的概念、产生条件和光电流的影响因素、最大初动能的影响因素等的实验分析都是本节的焦点和难点，需要教师的逐步引导。光电效应实验是本节的根，需要细致合理地设计实验。
【学情分析】
学生刚接触量子物理，对于光和能量的本性认识还处在比较粗浅的阶段，对于光的波动认识更加认同些，还不会使用统计规律去辩证接纳光的波粒二象性，所以在运用光电效应和康普顿效应对光的粒子性本性引导的同时要注意避免一些过于绝对化的语言，学生在和老师共同研究光的粒子性的时候，从实验演示和理论分析引导学生思考、理解光的粒子性，体会到光的波动性解释光电效应实验规律的矛盾和无力，为第二课时关于光电效应解释中的疑难找到解决出口，使得学生更好的认识光的本质，逐步减弱思维的难度。
【教学目标】
（一）知识与技能
1．通过实验了解光电效应的实验规律。 2．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。 （二）过程与方法
经历科学探究过程，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，验证物理规律。
（三）情感、态度与价值观
领略自然界的奇妙与和谐，发展学生对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，并体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
【核心素养】
使学生养成根据物质间的相互作用判断其运动规律，严密的科学推理以及精心设计的实验验证，通过课堂提问、互动交流、总结本质，进而养成规范的、锲而不舍科学态度。
【教学重点】
光电效应的实验规律
【教学难点】
爱因斯坦光电效应方程以及意义,并对光电效应实验规律的解释
【教学方法】
讲授法、实验法、启发法、讨论法
【学习方法】
自主学习法、探究学习法、合作学习法
【教学用具】
多媒体辅助教学设备，光电效应实验装置，音频文件
【课时安排】一节课 教师活动
学生活动
教学媒体
教学目标
新课导入：
1. 教师引入语：上节课我们学习了普朗克的能量量子化理论，那么能量、光到底是波还是粒子呢？我们首先欣赏一段舞台辩论会，有请大家！
学生辩论会结束后。 教师点出这节课的主旨：我们一起学习、研究爱因斯坦关于光的粒子论的实验及理论，一起感受一下光子和电子的爱情故事...... 板书本节课的课题《光的粒子性》 ２.PPT展示学习目标：
（1）通过实验了解光电效应的产生和实验规律。
（2）知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。 四位同学分别扮演牛顿、惠更斯、麦克斯韦、爱因斯坦进行一段跨越时空的辩论会
PPT展示辩论背景，学生使用打印的图片示意自己扮演的角色
PPT展示本节学习目标。 引起学生对本节探究知识的 浓厚兴趣
学生明确本节的学习重点 新课讲授 教师操作：
（1）将锌片和静电计的金属球相连接，将毛皮摩擦过的橡胶棒接触锌片，静电计箔片张开。
如何让这个“待嫁的姑娘”（电子）离开？ 今天我们用光去如何将它“娶”走呢？ 教师引导学生进行实验操作并提出光电效应的定义。
学生回答可能不一：可以用导体将其导走；可以用正电荷中和 学生操作：（2）用紫外线照射锌片，观察静电计张角逐渐减小直至闭合。
演示实验器材：静电计，锌片，紫外线灯，手电筒和红、绿、蓝滤光片，橡胶棒，毛皮。
学生自助得出概念和条件，增强学习探究的动手能力，培养良好的科学态度
板书
一、光电效应：当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。 逸出的电子称为光电子。
光电子定向移动形成的电流叫光电流。
并进行总结：得出光电效应的概念并板书。
板书
二、探究光电效应的规律
探究一：用不同颜色的可见光（红光、绿光、紫光）去照射锌片。现象为静电计箔片都不张开；换紫外线照射锌片，静电计的箔片会有张角。 结论：
当入射光频率ν>某一频率νc 时，电子才能逸出金属表面；
当入射光频率ν<某一频率νc 时，无电子逸出金属表面。
截止频率νc：对于每种金属，都有相应确定的截止频率νc （使金属发生光电效应的入射光的最小频率） 板书：
1.产生条件：ν>νc， h ν> h νc， hν> W0
逸出功 W0 ：使电子脱离某种金属所做的功，叫做这种金属的逸出功。 猜测：入射光的光子能量，一部分提供光电子的逸出功，还剩一部分能量E某。（提供给光电子的动能）
学生通过实验得出光电效应的产生条件并板书。
产生条件：ν>νc
教师对产生条件的引申拓展，得出爱因斯坦光电效应的雏形，为最终通过实验的验证之后顺利得出奠定一定的基础。
PPT辅助板书讲解
关注学生的课堂生成 板书：
2.光电流I的影响因素、饱和电流Im 教师引导：让某种频率的光去照射有金属镀层的金属板，发生光电效应产生光电子，总有一些到达A板：
怎么检测是否有光电流？
电流会可能受什么因素影响？怎么会让更多的光电子到达A板
判断电压对光电流的影响，
引导学生逐步设计出电路图。
实验探究二：
（1）使UAK=0时，观察光电流I的变化 问题：此时滑片在左端还是右端？
学生互动：
连接电流表。 入射光的频率和强度，光电子在电场作用下加速，所以可以在两极板间加电压。
电压越大，光电流应该就越大。
鼓励学生进行实验操作：
（1）使UAK=0时，
PPT中电路图和电子在电场中的运动图辅助
课前根据电路图连接好实物电路。
实验器材：学生电源、灵敏电流
每步结论要有充分
的依据
体现课堂中学生的
参与度
某种EWh0AK VG
若有电流，原因是什么？
（2）光强不变(强)，使UAK↑观察光电流I的变化
问题：光电流I随电压如何变化？ 光电流I会不会一直增加？
（3）光强不变(弱)，使UAK↑观察光电流I的变化
问题：光电流I随电压如何变化？光电流I
会不会一直增加？
此时的饱和电流和强光的时候是否一
样？
结论：
入射光强不变时，UAK↑，光电流I↑，直到达到饱和电流Im不变。
入射光越强，饱和电流Im越大。
观察电流表（解读现象：有读数） （2）较强的蓝光照射光电管，使UAK↑，观察电流表的读数（解读现象：读数增大，到一个固定值之后不变） （3）换较弱的蓝光照射光电管，使UAK↑，观察电流表的读数（解读现象：读数增大，到一个固定值之后不变，但是最大值不一样，偏小）
学生填写实验单，参与总结（可能不是很全面）
教师补充
表、电压表、滑动变阻器、光电管、导线、手电筒、蓝色滤光片。
PPT辅助给出结论
鼓励为主的课堂，为学生提供更多的机会
板书
3.光电子最大初动能的影响因素 教师引导：探究了正向电压，我们想到了反向电压，反向电压的作用？
光电子出来之后有能量（应该为动能），我们怎么测量它？（动能定理）末动能不好测，可以将恰好减为零。
学生共同参与理论推导
学生给出动能定理的能解决方法。
教师板书分析和PPT辅助
引导学生体会科学推理的乐趣和思路
AK VG
I
I
U v K
实验探究三： （1）光电管阴阳极反接，用绿光照射光电管。 问题：光电子如何运动？
使UKA↑，光电流I如何变化？为什么？
I减小为0（UKA=Uc ）的关系式？
④相同光强的绿光和紫光照射光电管，
观察Uc 的变化。
(2)不同光强的紫光照射光电管，重复以上操作。
问题：较弱的紫光照射，观察Uc 。
较强的紫光照射，观察Uc 的变化。
教师给出： 遏止电压Uc ：使光电流减小到零的反向电压
结论：
反向电压UKA↑，光电流I↓； I=0时：
入射光频率ν↑→光电子最大初动能↑→遏制电压Uc↑
板书 Uc与只与入射光频率ν有关。
鼓励学生进行实验操作并解读现象：（1）光电管阴阳极反接，用绿光照射光电管。（解读现象：电流表有示数）增大反向电压，（解读现象：电流表示数减小直到为零）电压表为2.5格。 （2）用较强蓝紫光照射光电管，增大反向电压，（解读现象：电流表示数减小直到为零，电压表为3格）；用较弱的蓝紫光照射光电管，增大反向电压，（解读现象：电流表示数减小直到为零电压表依然为3格。）
学生填写实验单，参与总结（可能不是很全面）
教师补充并将正向电压和反向电压的I-U图像进行整合
实验器材：学生电源、灵敏电流表、电压表、滑动变阻器、光电管、导线、手电筒、绿色和蓝色滤光片。
体现课堂中学生的参与度
板书
4.具有瞬时性
只要入射光频率大于被照金属的极限频率（ν>νc），电流表就立即偏转。
光电子发射所经过的时间不超过10-9 秒 ，极短的时间内完成！ 总结课堂的演示实验结论，鼓励学生给出爱因斯坦的光量子假说和光电效应方程。
学生观察以上实验发现
ckeUE Im Uｃ I
U
Im Uc I U
板书
三、爱因斯坦光量子假设
1.内容：光不仅在发射和吸收时以能量为 hν 的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。频率为ν的光是由大量一个个能量为ε = hν 的光子组成的光子流组成的，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。 2.爱因斯坦光电效应方程
k0hEW W0 为逸出功；为光电子的最大初动能。 3.光子说对光电效应的解释 (1) 光电子的初动能Ek与入射光的频率成线性关系，入射光频率越大时，最大初动能Ek越大，与光强无关。 (2)只有当hν>W0时，才有光电子逸出，vc= W0 /h 就是光电效应的截止频率。 (3) 电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。
(4)光强较大时，饱和电流大。最大初动能Ek不一定越大。
(5)光电效应方程符合能量守恒定律。
刚才的“爱因斯坦”
扮演者阐述爱因斯
坦光量子假说和爱因斯坦方程的阐
述，并进行板书。
PPT辅助
最大初动能
EK 和W0的具体解释及应用放在后边的第二课时处理；本节课只做简单的应用练习。 培养学生的课堂生成的敏感度及知识汇总的能
力
课堂练习1： 一束黄光照射某金属表面时，不能产生光电效应，则下列措施中可能使该金属产生光电效应的是( ) A. 延长光照时间 B. 增大光束的强度
C. 换用红光照射
D. 换用紫光照射
练习2：如图所示，光电子最大初动能与入射光频率的关系图象，该图象是研究金属而得到的，那么（ ） A. 该金属的逸出功为E B. 该金属的逸出功为hνc
C. 入射光的频率为时2νc，产生的光电子的最大初动能为E
D. 入射光的频率为时0.5νc，产生的光电子的最大初动能为0.5E
学生课堂参与做题巩固所学知识 光电效应产生条件快速练习
爱因斯坦光电效应方程和图像的简单应用 PPT辅助 学以致用
0WhEk
课堂小结：
一、光电效应：当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。 二、光电效应的实验规律
1.产生条件：ν>νc（截止频率 ）
2.光电流I、饱和电流Im。入射光越强，饱和电流Im越大。
3.遏止电压Uc 。Uc与入射光频率ν有关。 4.瞬时性。
三、爱因斯坦光电效应方程 W0 为逸出功；EK 为光电子的最大初动能。
布置作业：练习册部分习题 请学生进行本节课的小结
至此，对光的研究有了飞跃性的成果。
PPT辅助 建立知识树图
教师结束语：
本节课欣赏完了光子和电子的爱情故事，光的本性中的粒子性涅槃凤凰也飞翔了，在探究真理的过程中，我们要累计跬步，以致千里。一首《蜗牛》送给大家！
音频播放
《蜗牛》
【教学反思】
本节教学着重培养学生在课堂上实验探究和科学推理的能力，所以学生的参与度较大，这是课堂设计的亮点，也恰是课堂细节处理较繁杂的地方；再者，由于本节课的信息量和推演过程较多，影响学生的注意力，所以课堂上加入多次学生互动，以及光子和电子的爱情故事的类比、经历涅槃后凤凰才能飞翔的人生哲理，公式加图示的讲授法、学生最大程度参与的实验法、教师生活化类比的启发法和结论生成阶段学生自主的讨论法，让学生形象掌握知识的同时延展对人生认识的宽度，并在实际的课堂教学中针对实际状况及时调整学习策略以提升学习效果。最终呈现出一节完整的丰满的课堂。
本课时的授课效果与预期相符合，以后会继续根据学科核心素养的导向，在其它课型上多尝试加入更多的学生自主探究和自主汇总，增加课堂的张力和延展。
0WhEk
课堂演示实验探究操作向导 班级： 姓名：
实验探究二：光电流I的影响因素 （1）使UAK=0时，观察光电流I的变化
问题：此时滑片在左端还是右端？ 若有电流，原因是什么？ （2）光强不变(强)，使UAK↑，观察光电流I的变化
问题：光电流I随电压如何变化？光电流I会不会一直增加？ （3）光强不变(弱)，使UAK↑，观察光电流I的变化
问题：光电流I随电压如何变化？光电流I会不会一直增加？ 此时的饱和电流和强光的时候是否一样？
结论：
实验探究二：光电子最大初动能的影响因素（光电管阴阳极反接） (1).用相同光强的不同频率的光照射光电管。 问题：光电子如何运动？
使UKA↑，光电流I如何变化？为什么？ I减小为0（UKA=Uc ）的关系式？
④相同光强的绿光和紫光照射光电管，观察Uc 的变化。 (2).光电管的阴阳极反接，不同光强的紫光照射光电管，重复操作。 问题：较弱的紫光照射，观察Uc 。 较强的紫光照射，观察Uc 的变化。
结论：
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
