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视频标签：光的粒子性
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视频课题：新人教版高中物理选修三《17.2光的粒子性》北京市 - 海淀区
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新人教版高中物理选修三《 17.2 光的粒子性》北京市 - 海淀区
指导思想
高中新课程改革在课程实施上注重学生的自主学习,提倡教学方式的多样化。高中物理课程应促进学生自主学习,让学生积极参与、乐于探究、勇于实验、勤于思考。通过多样化的教学方式,帮助学生学习物理知识与技能,培养其科学探究能力,使其逐步形成科学态度与科学精神。
《光的粒子性》这节课的目的是通过学生对光电效应现象的观察和实验规律的认识,从而实现光的波动性到粒子性的认知转变。同时感受科学家敢于质疑、勇于创新、用心钻研的科学精神。但由于本节课的新概念较多,实验现象不易显现,实验规律较复杂等因素,造成学生理解存在困难,也给教师教学带来了困难。在教学中教师往往容易将概念和规律通过阅读教材中实验结论的教学方式,硬生生的塞给学生,从而让学生接受光的粒子说。
为了能够让学生能够积极参与课堂,培养其科学探究的能力和自主学习的习惯。在本节课的设计中教师将实验器材进行改进,从而使实验现象变得容易观察,通过一系列的实验让学生记录实验现象,并思考现象背后说明的物理规律,随后通过小组讨论的方式发现利用光的波动说理论解释实验现象存在矛盾,从而自然而然的构建新的粒子说理论成功解释实验现象,最终实现认知的自然转变。同时感受科学家的质疑、创新、钻研的科学精神。
2教材分析学情分析
本章根据科学发展的历史脉络展现了人类认识微观粒子的波粒二象性。本节主要为爱因斯坦在普朗克的基础上推广了普朗克假说。指出光本身是由不连续的能量单元所组成的能量流。由此,光电效应的全部实验结果都可以圆满解释。光电效应是认识光的粒子性的重要依据,爱因斯坦量子思想对光电效应的解释是科学转折的重大信号,因此本节是本章的重点知识。本节知识由光电效应的实验现象、实验规律、解释中的困难、爱因斯坦光电效应方程几部分组成。由于本节内容较多、新概念较多、对实验规律的理解和解释难度也较大,因此本节也是本章的难点知识。
对于光的本性研究,学生了解了牛顿的微粒说,之后通过学习光的干涉、衍射和偏振现象认识到了光的波动性。而本节知识是让学生发生从光的波动性向光的粒子性认识的思维转变。同时光电效应实验规律本身由于新概念较多,实验规律也比较复杂难理解,因此学生在思维认识上存在一定的困难。在教学中不能“硬生生”的将这种思维塞给学生,而需要学生通过对实验规律进行探究,并在解释实验规律中发现困难,从而自然而然的用新理论进行解释。最终达到学生自然而然的发生思维转变的目的。教师除了教授学生知识之外,还要让学生在学习的过程中体会物理学的每一个重大发现都改变着人类的自然观、科学观和思维方式,希望学生也能像科学家那样去思考。
3教学目标
知识与技能:
(1)通过实验了解光电效应;
(2)通过实验了解光电效应的实验规律;
(3)知道经典波动说的困境并会用爱因斯坦光电效应方程解释实验规律;
(4)知道爱因斯坦光电效应方程的意义。
过程与方法:
(1)经历探究光电效应实验规律的过程,认识物理实验在物理学发展过程中的作用;
(2)经历人类对光的本性探究的过程中的历史性的转变。
情感态度与价值观:
经历光电效应规律的探究和对现象进行解释,从建立新认知的过程,培养学生乐于探究自然界的奥秘,能体验探究自然规律的艰辛和喜悦。发展对科学的好奇心和求知欲。
4教学重点难点
教学重点:(1)光电效应的现象和实验规律;
(2)能用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应的规律。
教学难点:(1)光电效应实验规律的探究;
(2)用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应规律。
5教学流程图
6教学资源
锌板、紫外线光源、普通光源、验电器、导线、皮毛、橡胶棒、普朗克常数测定仪。
7教学过程
7.1第一学时
7.1.1教学活动
活动1【导入】环节1 回顾历史
教师:请尝试回顾人类对光的本性的研究历史。
学生:回顾并表述
教学意图:回顾牛顿的微粒说和惠更斯和波动说。知道在探究历史中的某个阶段光的波动说渐成真理。
活动2【活动】环节2 认识光电效应
教师:演示光电效应实验:
锌板与验电器相连,并让锌板带负电。用紫外线照射锌板。
任务一、请表述实验现象,并思考说明了什么问题。
电子为什么会逸出?
学生:
(1)观察现象并表述:发现带负电的与锌板连接的验电器张角变小。
(2)思考: 说明紫外线照射后锌板带正电。电子逸出。
教学意图:观察光电效应现象,并思考本质。为逸出功做一定铺垫。
活动3【活动】环节3 探究光电效应规律
教师:光电效应规律的探究:
实验1:将紫外线更换为白光,是否发生光电效应?
利用普朗克常量测定仪演示:
介绍光电管实验电路,并根据原理分析可能会出现的现象。
实验2:观察打开光源,光电流是否立刻产生;
实验3:正向电压不断增加,光电流是否持续增加;
灯越近,光强变强,饱和电流是否变化;
实验4:加反向电压,各种色光遏止电压是否相同;
加一定颜色的光,改变光强,看遏止电压是否变化。
学生:
观察、记录实验现象。
实验1:白光照射不发生光电效应,说明存在截止频率。入射光频率高于截止频率才能发生光电效应。
实验2:光电效应具有瞬时性。
实验3:存在饱和电流;光强越强,饱和光电流越大。
实验4:不相同;绿光的高于红光的;截止电压不随光强发生变化。
教师:请同学们小组讨论交流,这些实验现象说明了什么问题。(总结光电效应实验规律。)教师在学生交流中给出截止频率、遏止电压、最大初动能的概念。
学生:讨论总结:
(1)入射光的频率高于金属的截止频率(νc)才会发生光电效应;(条件)
(2)光电效应具有瞬时性;3、饱和光电流的大小随入射光的强度增大而增大;
(3)光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与光强无关;
教学意图:通过实验探究了解光电效应的实验规律。
活动4【活动】环节4 光的电磁理论解释实验的苦难
教师:任务三、光的电磁理论认为:
(1)能量具有连续的积累效应:光的能量不断射来,能量不断增加。
(2)光的能量是由光的强度决定的,而光的强度又是由光的振幅决定的,跟频率无关。
请以小组为单位进行交流,尝试用光的电磁理论解释光电效应现象,看看能否全解释,是否存在困难和矛盾的地方。(教师给出逸出功的概念)
学生:讨论并表述交流的结果:
(1)可以解释光强越强,光电流越大;
(2)不能解释,遏止电压与光强无关;
(3)不能解释存在截止频率;
(4)不能解释瞬时性。
教学意图:知道经典波动说的困境。
活动5【练习】环节5 理论推理爱因斯坦光电效应方程并解释光电效应现象。
教师:任务四、请利用爱因斯坦的光子说,尝试写出最大初动能与入射光频率间的关系。
爱因斯坦在1905年发表的《关于光的产生和转化的一个试探性观点》中表示,光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的,而且 光本身就是由一个个不可分割的能量子组成,频率为ν的光的能量子为hν,h为普朗克常量。这些能量子后来称为光子。
给出光强的定义:在频率一定的情况下,单位时间内的光子越多,光就越强。
学生:推导爱因斯坦光电效应方程。
教师:任务五、尝试用爱因斯坦的光子说解释光电效应规律。
教学意图:会用爱因斯坦光电效应方程解释实验规律。
活动6【讲授】环节6： 光电效应方程的意义。
教师:思考:爱因斯坦光电效应方程的实际意义是什么?
学生:光子像其他粒子一样,也具有能量。光电效应显示了光的粒子性。
教师:爱因斯坦由于发现了光电效应的规律而获得1921年的诺贝尔物理学奖。
物理学的每一重大发现都改变着人类的自然观、科学观和思维方式。科学文化素质不仅指科学知识方面的素养,它还有更高的层次,就是科学方法、科学意识和科学精神。
教学意图:知道爱因斯坦光电效应方程的意义。
活动7【作业】作业
尝试解释实验规律:
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