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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》浙江
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新人教版高中物理选修三 17.2 《光的粒子性》浙江省台州中学
17.2 《光的粒子性》教学设计
浙江省台州中学 赖如未
【设计理念】
物理观念和探究实验是物理核心素养中的两个重要方面。结合本节课的内容特点，通过问题和活动任务的设计，引导学生经历知识的获取过程，从中培养和发展学生物理观念和探究能力。
在本节学习过程中，穿插历史介绍，展示人类对光的本性曲折的研究过程，同时让学生体会光电效应是光的本性探究过程中的一次转折，具有非同寻常的意义。在探究光电效应实验规律过程中，教师充分调动学生的积极性，使学生参与到实验的设计和操作过程中，在实验中学习规律和伴随出现的概念，培养其探究能力和学习兴趣。另外，在实验设计过程中，教师激发学生的思维，培养学生运用所学知识分析解决问题的能力，例如：将测量单位时间内逸出的光电子数转化为测量饱和电流，体会将不可测量的量转化为易测量的量这种转换的思想方法。在实验规律的理论分析过程中，引导学生以电磁理论观点和光电效应方程解释实验规律，从而自我体验到运用前者时遇到困难和运用后者时得以圆满，使学生充分体会观念更新的意义，以及在这个过程中认识到新的理论往往是在矛盾中诞生。在学生用光电效应方程成功解释实验规律之后，提出其方程在当时并不被接受，进一步介绍密立根实验，使学生充分认识到光电效应方程的发展过程，体会一个新理论被普遍接受的需要一个艰辛过程，但终将会被接受。
【教材分析】
《光的粒子性》选自人民教育出版社新课标《物理》选修3-5第十七章第二节。本节知识是本章的主要内容，由光电效应实验规律，光电效应解释疑难和光电效应方程组成，内容较多、难度较大。本节要求学生了解饱和电流、遏制电压和截止频率等概念，理解光电效应实验规律：①光电效应的产生条件c；②存在饱和电流，光强越强，饱和电流越大；③频率越高，遏制电压越大，以及会用爱因斯坦方程解释实验规律。光电效应实验是本节的“根”，要创造条件做好实验。
【学情分析】
学生已具备一定的逻辑思维和科学探究能力，因此教师要激发学生的参与意识，让学生充分参与到实验的探究、设计和演示过程中，引导学生总结得到光电效应的实验规律。本节课是本章的重点，需掌握的概念与规律多且复杂，教师要通过实验演示与理论分析引导学生思考、理解这些概念与规律。此外，学生通过之前的学习已经充分认识到光的波动性，使学生体会光的波动理论与光电效应实验规律的矛盾，再提出新理论解释光电效应规律，从而帮助学生克服思维转变上的困难。
【课时安排】
1课时
【教学目标】
一、知识与技能：
1、 知道光电效应现象和光电子的概念；
2、 理解光电效应的实验规律，了解截止频率、饱和电流和遏制电压； 3、 了解爱因斯坦的光子说；
4、 理解爱因斯坦光电效应方程，会用光电效应方程解决简单问题； 二、 过程与方法
1、经历实验的过程和实验规律的总结，培养探究能力；
2、体会把不可直接测量的量转化为易测量的量的研究方法，掌握转换的思想方法； 三、情感态度与价值观
1、经历实验的探究、设计、演示过程，增强学生学习物理的兴趣和自信心；
2、通过对光电效应规律进行解释从而建立新认知的过程，体会探究自然规律的艰辛与乐趣。 【教学重难点】
1、 教学重点
光电效应现象及实验规律，会用爱因斯坦光电效应方程解释实验规律。 2、 教学难点
光电效应实验规律，会用爱因斯坦光电效应方程解释实验规律 【教学方法】
1.教法：
问题教学法、实验探究法、讲授法
2．学法：
观察法、实验探究法、分析归纳法 【教学过程】 教师活动
学生活动
教学媒体
达到目标 一、回顾历史，导入新课
1、简单介绍历史上人类对光的本性的认识过程
2、提出：在光的波动性渐成真理的同时，发现了一个令人不安的现象。
聆听 产生疑惑：这个令人不安的现象是什么 ppt展示 激起学生的学习兴趣
二、光电效应现象
1、演示光电效应现象：紫外线照射锌板，观测与锌板相连的验电器张角变化
2、总结光电效应现象的定义：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出，这就是光电效应现象，这种电子常被称为光电子
1、 观察实验现象 2、总结光电
效应的定义
实验仪器：锌板、验电器、毛皮、橡胶棒、
紫外灯、
ppt、摄像头
认识光电
效应现象
三、光电效应的产生条件
1、提问：如果用其它光照射锌板是否也会观测到光电效应现象呢？ 2、演示实验：白光照射锌板 3、提问：用白光照射锌板并未观测到光电效应现象，说明光电效应的产生是需要条件的，这个条件是什么呢？ 4、通过演示实验验证学生的猜想是否正确，如课堂上学生提出需要一定的光强；需要足够的光照时间，则演示实验：用
更强的白光照射锌板，观测实验现象；延长白光照射锌板的时间，继续观测实验现象。 5、请学生总结实验结论：光电效应产生条件只与光的频率有关，与光照时间、光照强度无关。
6、补充：科学家进一步实验表明，只要光照频率大于某一值c时，就能发生光电效应，c称为极限频率或截止频率。不同金属截止频率不同。
观察、猜想、思考、总结、聆听 实验仪器：锌板、验电器、毛皮、橡胶棒、可调亮度台灯、摄像头 PPT
板书：光电效
应产生条件c
学生通过
实验总结光电效应的产生条
件 四、提出探究内容
（1）提问：光电效应发生时，存在什么规律呢？同学们有什么想要进一步了解的？
（2）总结学生提出的探究内容，例如课堂上学生提出：单位时间内逸出的光电子数，逸出的光电子数与什么因素有关？逸出的光电子的初速度是多大，与什么因素有关？逸出的光电子初动量多大？
思考、回答
板书：学生提出的探究内容
激发学生发散思维，培养创新能力
五、探究单位时间内逸出的光电子数，逸出的光电子数与什么因素有关？
（1）提问：肉眼无法观测到光电子，我们如何测量单位时间逸出的光电子数呢？
（2）引导学生提出解决方案：将光电子转化为电流。
（3）给出阴极K，阳极A，光电流的概念，其中穿插提问电流是如何产生的：发生光电效应时，阴极K发出的光电子到达阳极A形成电流。
（4）结合动画告知学生：K板逸出的光电子速度方向各异，并不能全部到达A板，并引导学生提出解决方案：在板间加电场。 （5）基于学生的解决方案，将改进之后的电路原理图展示给学生，并做简单介绍，与此同时，介绍实验使用的光电管。
1、思考：如何测量单位时间逸出的
光电子数
2、回答、聆听、思考 3、观察实验
现象、总结规律 ppt动画、ppt图片、摄像头 实验仪器：光
电管、电源、
导线、滑动变阻器、电压表、
电流表、亮度
可调型台灯
板书：光强越
强，饱和电流越大
呼应学生提出的探究内容，满足学生的实际需求 体会转换的物理思想：将不可测量的量转化为易测量的量
（6）演示实验：在一定光照条件下，增加加在两板间的电压，观察电压表和电流表示数变化。
（7）给出饱和电流的定义：随着电压增大，电流增大至趋于某一定值。把这个最大电流称为饱和电流。并提问：为何电流会饱和？饱和电流能直接反映单位时间时间内逸出的电子数吗？ （8）总结：一定光照条件下，饱和电流稳定，说明一定光照条件下，单位时间内逸出的光电子数是一定的。
（9）提问：单位时间逸出的光电子数与什么因素有关呢？ （10）通过演示实验验证学生的猜想，例如课堂上学生猜想与光强有关，则演示：改变光照强度，测量饱和电流。
（11）学生总结实验规律：光照强度越强，饱和电流越大，单位时间内逸出的电子数越多。
经历实验设计与探究，培养探究能力和学习兴趣
六、探究逸出的光电子初速度，光电子初速度的影响因素
（1）提问：如何测量得到光电子的初速度？
（2）结合学生的回答板书并讲解：在两板间加电压使光电子做匀减速直线运动，调整电压大小使电子到达A板前瞬间速度减
为0，根据动能定理eU=2
2
1mv，测量电压U即可得到光电子初动能。（如学生无法想到加反向电压，则通过类比“如何间接测量上抛运动的初速度”来引导学生得到答案。）
（3）给出遏制电压的定义：使光电流刚好减为零的反向电压称为遏止电压，用cU表示。并将板书中的eU=2
2
1mv改写成ecU=
2
2
1mv。 （4）提出光电子的初速度不仅方向不同，大小也不同，并提问：
ecU=
2
2
1mv中的v对应的是什么时候的速度？ （5）学生回答之后，将板书ecU=22
1mv改写成ecU=2
21cmv，
cv为最大初速度。
（6）实验演示：测量在较弱白光照射下的遏制电压，学生观测
实验现象，读出遏制电压大小。
（7）提问：初速度大小与什么因素有关呢？
（8）通过实验验证学生的猜想。例如课堂上学生提出与光照强度、光的颜色有关。则演示实验1：测量在较强白光照射下的遏
思考
聆听 观察实验现
象、总结实验
规律
ppt图片、摄像头
实验仪器：光电管、电源、导线、滑动变阻器、电压表、电流表、亮度可调型台灯、紫外灯 板书：
ecU=2
21c
mv频率越高，遏制电压越大
经历实验
探究过程，在此过程中理解遏制电压的概念、掌握实验规
律：频率
越高，遏
制电压越大
制电压；得出结论1：遏制电压与光照强度无关。演示实验2：测量紫外光照射下的遏制电压。
（9）学生总结实验规律：遏制电压只与光的频率有关，频率越大，遏制电压越大，即光电子的初速度越大。
4、瞬时性
补充：光电效应具有瞬时性。通过实验演示：光照射金属板时
立即产生光电流，几乎不需要时间。
观察实验现
象
实验仪器：光电管、电源、导线、滑动变阻器、电压表、电流表、台灯 板书：瞬时性
通过实验直观感受光电效应的瞬时性
四、电磁理论解释中的疑难
（1）提出：在当时历史环境下，光的电磁理论占据主导地位，也请同学们用光的电磁理论来解释一下为什么会出现这些实验规律。
（2）补充知识点1：金属表面存在一种力，阻碍电子逃逸。电子要从金属表面逸出，必须克服这种阻碍做功，做功的最小值
叫做金属的逸出功，用0W表示。不同的金属逸出功不同。 （结
合图像简单解释电子从金属中逸出做功大小有所不同，强调将
做功的最小值定义为逸出功。）
（3）补充知识点2：光的电磁理论认为光的强度是由光的振幅决定，与频率无关。电子吸收光能就像我们喝饮料一样，可以任意吸收多少。
（4）学生尝试用电磁理论解释光电效应规律，在此过程中自主发现电磁理论无法解释全部实验规律甚至与一些规律矛盾。
聆听
以电磁理论观点解释实
验规律
产生疑惑：电
磁理论无法
解释光电效
应且与一些
规律矛盾
ppt 板书
体会电磁理论的局限，为新理论的提出做好铺垫 五、爱因斯坦光电效应方程
(1)提出：各国科学家都努力尝试去解释这一令人不安的现象，
直到爱因斯坦在普朗克能量子假说的启发下提出：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。
（2）引导学生得到爱因斯坦光电效应方程：0WhEk ，并通过提问的方式让学生意识到此时的初动能应是最大初动能。 1、聆听、思考
2、利用光电
效应方程解
释实验规律
3、思考：密
ppt 板书
通过对光
电效应实验规律的解释，促进学生进一步掌握光电效应
（3）提问：若电子吸收一个光电子后，能量不足以使其克服逸出功，或怎么样？在学生回答之后告知学生：电子一次吸收两个光子的概率低到可忽略不计，所以认为电子一次只能吸收一个光子。
（4）请学生用爱因斯坦光电效应方程解释光电效应实验规律。学生在解释“光强越强，饱和电流越大”时会出现困难，此时告知学生nhP，辅助学生解释这一规律，并将此规律完整成：照射光颜色不变时，光越强，饱和电流越大。
（5）提出爱因斯坦的理论起初并不被接受，其中有一个反对其观点的科学家密立根通过实验验证了其方程的正确性，同时介绍密立根的实验思想，以及通过提问、引导的方式让学生得到如何通过光电效应实验间接测量普朗克常量。
立根是如何测量得到普朗克常量的 实验规律和光电效应方程 体会一个新理论被接受需要一个艰辛的过程，但一定会被接受
【教学反思】
1、光电效应实验规律和伴随出现的概念较难理解，教师创造条件进行实验演示，驱动学生参与到实验的设计和操作中，利用实验搭建学习支架，使实验规律和概念具体、直观地展示在学生眼前，学生根据所见总结概括出需要掌握的内容。
2、根据当前学生的知识水平和所学内容的难度要求，本节课宜采用探究式和接受式相结合的教学方法，既培养学生的探究能力和物理观念，又提升课堂效率。教师要注意控制教学难度，避免学生产生畏难情绪。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
