第01節(jié) 光電效應1

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1、《光電效應》教學設計 案例名稱 光電效應 科目 物理 教學對象 高二 授課人 周攀 課時 1課時 授課類型 新課 一、教材內(nèi)容分析 本節(jié)屬于粵教版高中物理選修3-5第二章第1節(jié)，從內(nèi)容性質(zhì)與地位來看，本節(jié)內(nèi)容是承接上一節(jié)教學內(nèi)容繼續(xù)探索物質(zhì)世界具有量子性質(zhì)，為接下來的學習建立一種新的自然觀，為物質(zhì)具有波粒二象性打下基礎；其教學特點為學生要經(jīng)歷猜想、實驗、理論分析、認知沖突，建立新理論的教學過程，光電效應是本章的“根”。 二、教學目標 1.知識與技能 （1）經(jīng)歷猜想、實驗驗證的過程，知道什么是光電效應現(xiàn)象； （2）通過實驗，理解光電效應

2、的實驗規(guī)律，感受以實驗為基礎的科學研究方法； （3）建立飽和光電流、遏止電壓、截止頻率、逸出功等概念； （4）知道經(jīng)典理論解釋光電效應的疑難之所在，感受科學家面對科學疑難時的創(chuàng)新精神。 2.過程與方法 經(jīng)歷根據(jù)已學知識或生活經(jīng)驗，提出猜想，實驗驗證猜想等科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應用科學探究的方法研究物理問題，探究物理規(guī)律，解釋物理現(xiàn)象。 3.情感態(tài)度與價值觀目標 （1）動手實驗，提升對科學的熱愛； （2）課堂討論、小組合作，增強學生的組織、溝通、語言表達能力和培養(yǎng)團隊協(xié)作精神； （3）領略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘

3、，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。 4.教學重點：光電效應的實驗規(guī)律及相關概念 5.教學難點：光電效應的實驗原理及實驗規(guī)律；經(jīng)典理論解釋光電效應的困難 三、學情分析 學生已學：1.學生已建立光能可在時間上積累的觀點，知道光的顏色與光的頻率有關。2.在上一節(jié)中，學生知道了輻射的能量是一份一份地向外發(fā)出的，已有能量量子化意識。3.學生已掌握電子在電場中的運動相關知識。學習困難：1.學生只看到表象，由表象分析出本質(zhì)是難點。光電效應是光子和電子相互作用的微觀行為，我們能看到是宏觀現(xiàn)象，學生從微觀的角度解釋宏觀現(xiàn)象比較困難，并且這節(jié)課概念繁多且較難理解。2.學生對經(jīng)典理論本身就不是很熟，用經(jīng)

4、典理論解釋光電效應存在的疑難更是難上加難，需要教師做足鋪墊和引導。 四、教學策略選擇與設計 情景法、啟發(fā)法、發(fā)現(xiàn)法、實驗法、討論法、強化法、講授法 五、教學資源及教具 多媒體課件、攝像頭、鋅板、紫外線燈、驗電器、電子起電機、光電效應演示儀、鋼球、斜槽 六、教學過程 教學過程 教師活動 學生活動 設計意圖 1.情景引入 提出猜想 情景1：熾熱的金屬絲發(fā)射電子 問題： 熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子，而溫度不太高時，電子并不能大量逸出。這如何解釋？ 同時引導學生理解金屬的逸出功 情景2:太陽光烤雞 視頻： “高手在民間！泰國大叔用陽光烤雞！”太陽光匯聚后1

5、0分鐘可烤熟一只雞，5分鐘烤不熟，但10分鐘可烤熟，如果烤半個小時呢？一個小時呢？顯然太陽光的能量可以積累。 根據(jù)視頻及生活經(jīng)驗總結： 1.光越強,雞獲得的熱量越多 2.光不夠強時,烤熟一只雞需要更長時間的照射 猜想：若用光照射金屬能否發(fā)射電子？ 積極思考，知道金屬表面存在大量的自由電子，在溫度不很高時，電子并不能大量逸出金屬表面，這表明金屬表面層內(nèi)存在一種力，阻礙電子的逃逸。當電子吸收的能量與原有的熱運動能量之和超過一定程度時，可以克服這種阻力做功，電子就從表面逸出。并明白逸出功的概念 根據(jù)生活經(jīng)驗總結對光的認識（能量可以積累） 提出猜想 從已學及生活經(jīng)驗出發(fā)，引

6、發(fā)學生猜想。 2.演示實驗 驗證猜想:光照射金屬能發(fā)射電子 PPT展示： 光電效應定義板書： 一.光電效應 光→金屬→光電子 1.實驗 通過導線將起電機的負極與鋅板連接使鋅版帶負電，同時鋅板與靜電計連接，用紫外線燈照射鋅板，觀察驗電器指針有何變化？這說明什么？ 2. 總結 光電效應：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象。逸出的電子叫光電子 能量的角度：該過程是光能轉化為電子的動能。 觀察實驗現(xiàn)象，積極思考，回答問題， 并理解光電效應現(xiàn)象及其中的能量轉化關系 通過實驗驗證猜想，知道什么是光電效應現(xiàn)象 3.根據(jù)“烤雞”經(jīng)驗，猜測光電

7、效應的實驗規(guī)律 問題：從烤雞的原理來看光電效應，猜一猜光電子的產(chǎn)生與光電子動能與哪些因素有關？有何關系？ 積極思考，知道光能與其他形式能的轉化，光能可以在時間上積累。根據(jù)生活經(jīng)驗猜想出： 1.光越強，逸出的光電子的動能越大 2.光很弱，但經(jīng)長時間照射也會有光電子的逸出（能量的積累） 據(jù)生活經(jīng)驗即經(jīng)典理論提出猜測，為后面得出矛盾、呼吁新理論埋下伏筆 4.學生實驗：探究光電效應實驗規(guī)律 一、引導學生看懂實驗電路圖 1.課件展示兩個情景： 問題1：甲、乙兩個裝置都有電子從金屬板K極以一定的速度逸出，觀察這兩個圖的區(qū)別？ 問題2： 甲圖中的電源接法

8、使A極和K極之間的電場線方向是怎樣的呢？ 問題3：這樣的電場線電子的運動起阻礙作用還是加速作用？ 問題4：如果我們所加電壓剛好滿足這樣的一個關系（靜電力做的負功剛好等于電子的最大初動能）時，電流表還會有讀數(shù)嗎？ 2.PPT展示實驗設計的電路圖： 問題1：與光電管并聯(lián)一個電壓表，他在此電路中的作用是什么？ 問題2：請同學們觀察，屏幕上的這個電路設計在光電管兩端得到的是正向電壓還是反向電壓？如何獲得反向電壓？ 二、設計實驗方案 PPT展示實物圖，介紹實驗儀器，要求學生對照實物圖思考實驗步驟 三

9、、學生動手實驗 教師將學生實驗結果及時拍照上傳屏幕 四、分享實驗結果，總結實驗規(guī)律 一、觀察電路接法對電子運動的作用，明確概念正向電壓、反向電壓；看懂電路圖并明確實驗原理 二、小組交流討論，對照實物圖設計實驗步驟 三、認真觀察并記錄實驗現(xiàn)象 四、用簡明扼要的語言總結實驗規(guī)律：存在飽和電流、遏止電壓 1.通過動畫分步展示，突破電路圖的理解這一難點。 2、學生動手實驗，培養(yǎng)科學素養(yǎng) 5.小組交流討論，進一步認識光電效應實驗規(guī)律 板書： 二、實驗規(guī)律 1.存在飽和電

10、流 2.存在遏止電壓和截止頻率 3.瞬時性 一、對最大電流和反向臨界電壓的認識 當正向電壓增大到一定程度以后光電流不再變大，我們把最大電流稱之為飽和電流。當反向電壓達到某一值時電流表讀數(shù)為0，我們把這個電壓稱之為遏止電壓，用符號Uc表示。 問題1：物理是透過現(xiàn)象看本質(zhì)，微觀上如何解釋這兩個量？ 問題2：再看一組數(shù)據(jù)對比，強黃光，弱黃光得到的圖象，其飽和電流，和遏止電壓有什么特征？ 問題3：再看另一組數(shù)據(jù)對比，藍光和黃光的圖像，這又說明了什么？ 二、閱讀教材31、32頁，明確光電效應還有哪些實驗規(guī)律并整理到導學案上 一、積極思考并能理解： 1.飽和電流

11、說明所有的光電子都被A極吸收，其大小對應單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子個數(shù) 遏止電壓對應光電子的最大初動能。 2. 光越強，飽和電流越大，說明光越強，逸出的光電子個數(shù)越多 不同光強卻得到的是相同的遏制電壓，說明光電子的動能與光強無關。 3. 光電子的動能與光的顏色，即光的頻率有關。 二、閱讀教材，完善實驗規(guī)律： l 存在著飽和電流 l 存在著遏止電壓和截止頻率 l 光電效應具有瞬時性 新概念太多，且概念之間的關聯(lián)也不易理清，故先實驗再從微觀上分析，提問層次分明，逐步引導，有助于學生概念的生

12、成，為下一步得出實驗事實與經(jīng)典理論猜想發(fā)生矛盾做好鋪墊。 6.實驗結果反思 板書： 三、光電效應解釋中的疑難 反思實驗結果，明確存在的疑難：引導學生對實驗結果進行反思，思考經(jīng)典理論解釋光電效應時存在的疑難。讓學生意識到經(jīng)典理論已解釋不了現(xiàn)有現(xiàn)象，提出新的理論迫在眉睫。 猜測 實驗規(guī)律 光越強，光電子動能越大 光電子的動能與光強無關 若光很弱，電子的逸出需長時間照射 光電效應幾乎是瞬時的 任何顏色的光，只要光足夠強，就有光電子的產(chǎn)生 截止頻率以下的光照射不產(chǎn)生光電子 對比之前依據(jù)經(jīng)典理論得出的猜想和實驗結果，得出矛盾之處。 意識到經(jīng)典理論已無

13、法解釋光電效應現(xiàn)象，。 利用表格，很好地達到經(jīng)典理論與實驗規(guī)律矛盾帶來的沖擊，同時順便對實驗規(guī)律也做了總結 7.演示實驗： 模擬光電效應 引發(fā)思考，留下懸念 演示實驗：將凹槽滑道最低點放3個鋼球。 （1）較低處：釋放1個鋼球；2個鋼球 （2）較高處：釋放1個鋼球；2個鋼球 提問：與光電效應的實驗結果有類似之處嗎？對光電效應實驗規(guī)律的解釋有什么啟示呢？ 認真觀察實驗現(xiàn)象，并思考與光電效應現(xiàn)象的類似之處。 獨立思考，踴躍發(fā)言。 利用宏觀粒子的碰撞現(xiàn)象與光電效應的現(xiàn)象的類似之處，啟發(fā)學生思考，為下一節(jié)課埋下伏筆 8.課堂小結

14、 帶領學生一起回顧、總結 主動回憶，總結收獲 回憶鞏固，理清課堂要點 9.布置作業(yè) 布置課后作業(yè) 課后完成 鞏固所學知識 開 始 教學流程圖 情景導入：熾熱金屬絲發(fā)射電子； 太陽光烤雞 猜想：光照射金屬有電子逸出 演示實驗：驗證猜想 知道光電效應現(xiàn)象 猜想：1.光越強，光電子EK越大2.光很弱，但照射時間夠長，也逸出光電子（能量的積累） 猜想：根據(jù)生活經(jīng)驗，猜想實驗規(guī)律 觀察光顏色和光強改變時，光電流I隨兩極間所加電壓U的變化情況 學生實驗：明確原理，動手實驗 理解實驗規(guī)律：1.飽和電流；2.遏止電壓和截止頻率；3.

15、瞬時性 理解并總結實驗規(guī)律 對比實驗規(guī)律與猜想，得出矛盾，認識到經(jīng)典理論解釋光電效應存在疑難 對比反思，得出矛盾 知道碰撞現(xiàn)象與光電效應有類似之處，或許可借用粒子性理論解釋光電效應 演示實驗：啟發(fā)學生思考新理論 師生共同總結 課堂小結 七、板書設計 一.光電效應 光→金屬→光電子 二、實驗規(guī)律 1.存在飽和電流 （單位時間光電子個數(shù)） 2.存在遏止電壓 三、光電效應解釋中的疑難 八、教學評價設計 觀察學生課堂表現(xiàn)、驗收課后作業(yè)。 九、教學反思 一、重難點突破方面，本節(jié)課有兩個難點： 難點1：實驗原理及實驗規(guī)律的的

16、理解，這也是教學重點。通過學生動手實驗、閱讀教材、交流討論及教師細化問題引導思考等教學手段，得到了較好突破； 難點2：經(jīng)典理論解釋光電效應存在矛盾，若沒有鋪墊，直奔矛盾，學生難以接受，故本設計做足了鋪墊，先通過生活中太陽光烤雞這一經(jīng)驗，讓學生對經(jīng)典理論光能可累加有了初步認識，并引導學生利用該生活經(jīng)驗預測光電效應的實驗規(guī)律，最后將前期預測與實際實驗結果列表對比，對比明顯，矛盾突出，對于后面呼吁新的理論也就順理成章了。 二、創(chuàng)新之處： 1. 課堂結構創(chuàng)新：①一般講法是完全按照教材順序，先講實驗規(guī)律，再講解釋中的疑難，這種講法在講實驗規(guī)律時，容易讓學生不知所云，無法參與教學。本設計采用引導學生

17、用經(jīng)典理論主動預先討論實驗結論并與實驗結果對照而激發(fā)矛盾的教學方法。這種方法用學生已有的認知經(jīng)驗引出結論，學生在做實驗的過程中自己就會發(fā)現(xiàn)一些矛盾，引起認知沖突，進而產(chǎn)生探究和解決問題的強烈欲望，不僅易于接受，而且學生可以參與到教師的教學中，一起討論、猜想。本節(jié)具體設計思路如下：兩個情景：熱電子發(fā)射原理、太陽光烤雞——引發(fā)猜想：光照也可發(fā)射電子——驗證猜想，得到光電效應現(xiàn)象——根據(jù)烤雞經(jīng)驗，猜想實驗規(guī)律——學生實驗，總結規(guī)律——對比反思，得出矛盾——演示實驗，啟發(fā)思考新理論。每一個部分的銜接、鋪墊、對學生思維上的引導自然到位，邏輯清晰，順理成章。②本節(jié)課概念繁雜，前后反復牽扯。教材將金屬的逸出

18、功這一概念放在實驗現(xiàn)象之后，這不利于學生理解實驗時所觀察的現(xiàn)象。本設計將逸出功提前，用已學知識電子槍的原理引入，讓學生意識到電子獲得足夠能量會逸出，同時也順暢地得到逸出功的概念。 2. 實驗創(chuàng)新：本節(jié)課共三個大層次，對應三個實驗，幫助學生理解、引導學生思考，用事實說話，學生更易理解接受。①實驗一演示光電效應現(xiàn)象，直觀明了；②實驗二學生動手實驗，可以觀察到光電流隨電壓的變化，觀察到飽和電流和遏止電壓的存在，實驗效果很好；③實驗三模擬光電效應，前面已得出經(jīng)典理論無法解釋實驗現(xiàn)象，需要新理論，但若直接將愛因斯坦的光子說拿出，顯得生硬，學生也難以接受，而光電效應中電子逸出是微觀的，無法直接觀察，

19、本實驗巧妙地用已知的宏觀世界粒子的碰撞現(xiàn)象讓學生類比觀察到的光電效應現(xiàn)象，讓學生意識到我們或許可以試試從粒子性（光能量子化）的角度去解釋，留下懸念，為下節(jié)課做好鋪墊。 3.多媒體技術創(chuàng)新：①通過自己編程，設定系數(shù)，將演示實驗現(xiàn)象投影到屏幕上，學生能同步清晰地看到實驗現(xiàn)象，且投影技術完美地鑲嵌在PPT中，無需PPT切出切入、點擊等待等多余操作，浪費課堂時間，影響課堂節(jié)奏。②編寫程序，將百度云盤鑲嵌于PPT中，同樣無需PPT切出切入，利用手機拍照功能，將學生結果同步到PPT中投影，可取代平板電腦的部分課堂互動功能及展臺的全部功能，且更經(jīng)濟、無需安裝復雜程序、操作更簡單。以上兩個創(chuàng)新均實用性強且易推廣，程序編寫好后，只需將利用了此技術的那張PPT復制即可，無需重新編寫程序。 三、可優(yōu)化的方面： 由于課堂時間有限，本節(jié)課只提出需要新的理論，沒有得出最終結論即愛因斯坦光電效應方程。本節(jié)內(nèi)容全部講完需2個課時，若條件允許，本節(jié)內(nèi)容最好選擇兩節(jié)課連堂上；或提前錄一個微課，將光電效應概念及對實驗規(guī)律的猜測放在自學部分的微課中，讓學生課前自學一部分內(nèi)容，課堂直接從探究光電效應實驗規(guī)律開始。