高中物理-光的粒子性教学设计学情分析教材分析课后反思

一、设计思想本节课首先以复习和实验演示引入，在复习阶段回顾了电磁波波长和频率的关系，强调微观粒子的能量分立特点以及电磁波辐射的能量子计算公式，为学习新课内容做好铺垫。在实验演示阶段让学生思考两个问题：①“为什么要研究光的粒子性？”②“为什么灵敏电流计指针会偏转？”这样的引入激发了学生的兴趣，为即将进行的教学做好了准备。然后，光电效应的实验规律部分是激发学生思维碰撞的关键，不能简单地将知识灌输给学生。“存在饱和电流、截至频率和光电效应的瞬时性”每一个实验现象都应该让学生从已有的知识出发去探讨，让学生会真切感受到经典理论的局限性和光电效应的神奇性，增强教学效果。有了前面的铺垫，爱因斯坦对光电效应的解释便呼之欲出。在这里我做了一个调整——将“遏止电压”作为一个对爱因斯坦光电效应方程的应用，并顺理成章地引出密立根测量金属的遏止电压与入射光的频率实验验证爱因斯坦的理论。二、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。情感、态度与价值观领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲。三、教学重点难点重点：光电效应的实验规律难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义四、教学过程（一）复习回顾，导入新课【教师】上节课我们学习了《能量量子化》，那么大家回答上面这几个问题。【学生】（回答问题）【教师】看来大家对上节课的知识巩固得很好，接下来我们要学习的新课是《光的粒子性》。在学习新课之前，大家想一想光是什么？【学生】光是一种电磁波。【教师】好，我们都知道光是电磁波。而且我们系统地研究了光的波动性：首先是三位科学家分别观察到了光的衍射、干涉、偏振现象，发现了光的波动性，然后是麦克斯韦预言了电磁波的存在并认为光是一种电磁波，最后赫兹通过实验证明他的说法。那么光的波动理论毋庸置疑是正确的，为什么我们还要研究光的波动性呢？【学生】……【教师】我们知道科学是很严谨的，当时赫兹进行的实验确实验证了光的波动性。但是实验中有一些现象，赫兹无法用光的波动理论来解释。接下了，我们就看看当时赫兹到底观察到了什么实验现象。【实验演示】介绍实验器材（课件辅助），然后演示，引导学生观察分别用可见光光源和紫外线光源照射锌板时灵敏电流计的指针偏转情况。进行该实验前要把锌板打磨发亮。【教师】为什么用紫外线照射锌板会引发灵敏电流计指针偏转？（启发）灵敏电流计偏转说明电路中产生了电流，赫兹观察到这个实验现象后，又进入了细致的研究，发现当紫外线照射到锌板上时，锌板表面会有电子逸出，这个现象就是光电效应（板书）。（二）新课探究【教师】大家阅读课本“光电效应的实验效应”这一部分前两段内容，并找出光电子、光电流的概念。【学生】（自学并完成任务）【教师】大家思考一个问题，从锌板上逸出的电子的动能是谁提供的？【学生】入射的紫外线的光能。【教师】好，在这里给大家补充个小知识，金属表面的电子一般条件下不会逸出，电子要逸出金属表面必须要克服金属表面的一种束缚力做功。那么大家思考一下，位于金属内部的电子A和金属表面的电子B，哪一个逸出时要克服这种力做功多？【学生】A。【教师】正确，这个功的最小值叫做逸出功（板书），用W0表示。大家翻到课本32的表1，表格第一行是不同种类金属，第三行是对应金属的逸出功，大家发现到什么问题？【学生】不同金属的逸出功不同。【教师】我们用E表示电子吸收的光能，W0表示该金属的逸出功，Ek表示该电子逸出时的初动能，那么它们三者有什么关系呢？【学生】Ek=E-W0【教师】（板书）大家回答得很好。那么老师再问一个问题：为什么用普通日光灯照射锌板，不会发生光电效应呢？日光灯发出的可见光和紫外线同样可以提供光能，为什么可见光不能引起光电效应呢？（启发）我们知道紫外线频率要比可见光频率大，赫兹继续试验发现：如果入射光频率大于紫外线的话，一样可以引发锌板的光电效应；但如果入射光频率小于紫外线的话，却无法引发锌板的光电效应。大家知道这是什么原因吗？【学生】……【教师】这个问题大家回答不出来，在当时这个问题同样困扰着赫兹，他提出了这个问题，引起了后来人的关注。很多人进行了光电实验并将这个实验设计改良。【教师】这是改良后的光电效应电路图，其中这个（拿起一个光电管展示）叫做光电管。由于它外壳玻璃发光，我们就看PPT上它的结构示意图。大家注意看，它的阴极设计得很大，这是什么原因？【学生】这样可以增加光照面积。【教师】正确。那么大家再来看看这个电路图，思考这个电路中的滑动变阻器、电压表、电流表的作用分别是什么？【学生】滑动变阻器采用分压接法，可以控制光电管两端的电压；电压表测量的是光电管两端的电压；电流表测得是光电流。【教师】很好，接下来我们就用这个实验器材来进行光电效应实验，发现它的规律。大家注意观察实验现象，并回答上面几个问题。【实验演示】首先让学生观察电压表示数为零时，电流表示数是否为零。然后我调节滑动变阻器增加极板间电压，让学生观察到电流表会随之增加直到某一定值。当电流表示数不变时，我改用强光照射，让学生观察电流表示数是否变化。同时，注意光照强度改变时，产生光电流的时间间隔是否改变。【教师】好，请一位同学来说一说自己观察到的实验现象。【学生】（回答）【教师】第一个问题很好解释，这是发生了光电效应。那么谁能解释第二个问题——电流表的示数变大？（启发）光电子逸出后运动的方向是四面八方的，只有很少的一部分能到达阳极，那么极板间加电压后对光电子的运动方向有什么影响么？【学生】极板间加电压后形成电场，光电子逸出后受到电场力的作用运动趋向阳极。极板间的电压越大，电场力越强，单位时间内就会有更多的光电子能到达阳极，所以光电流变强。【教师】回答得不错。那为什么电压增加到一定值时电流表示数不变？（启发）假设在这样的光强条件下，单位时间内能产生N个光电子，那么电压增大到一定值时……【学生】（恍然大悟）此时N个光电子全部到达阳极，即使继续增大电压，也不会有更多的光电子到达阳极，所以光电流不变。【教师】此时光电流达到饱和值，我们称之为饱和电流（板书）。【教师】很好，那么我们继续看，第三个问题能说明什么？【学生】光照强度决定单位时间内能产生的光电子数目。【教师】好，那么第四个问题能说明什么呢？【学生】光电效应具有瞬时性。（教师随之板书）【教师】当然还有一个实验现象由于实验器材的限制无法给大家演示，那就是赫兹当时的研究：他发现，任何材料如同锌板一样，要发生光电效应，那么入射光的频率必须达到某一临界值。这个临界值我们称为截止频率/极限频率（板书）。大家看课本32表1，第一行是不同种类金属，第二行是对应金属的极限频率，大家发现到什么问题？【学生】不同金属的极限频率不同。【教师】以上三点就是光电效应的实验规律，第一点“存在饱和电流”我们已经用光的波动理论解释了。那么大家尝试用波动理论解释剩下两点。【学生】（讨论）【教师】我发现学生讨论过程中发现了矛盾的地方，我概括为上面两条。显然这两个问题用光的波动理论是没法解释的。而这两个问题不仅困扰着我们，也在当时困扰了很多科学家。显然，这说明我们对光的理解还是不够，我们需要其他理论来解释上面的问题。终于，在这时候有个人站出来了……【学生】爱因斯坦！！【教师】好，大家阅读课本“爱因斯坦的光电效应方程”这一部分前三段内容，找出爱因斯坦的假说内容。【学生】（自学并完成任务）【教师】如果爱因斯坦的理论正确，那么我们求逸出后电子的初动能公式就得改变了吧？变成什么？【学生】Ek=hυ-W0（教师随之板书）【教师】这就是爱因斯坦光电效应方程。【教师】那么我们现在尝试用爱因斯坦的理论来解释刚才用波动理论没能解释的问题。【学生】（讨论）【教师】看来大家讨论完了，1小组代表来回答问题1。【学生】根据光电效应方程，如果入射光的频率小于某个值时，那么hυ-W0＜0，那么电子是无法逸出的，这就是为什么光电效应存在截止频率。【教师】这里老师要提出一个问题，如果入射光频率恰是截止频率，那么光电效应方程能变成什么？【学生】hυc=W0（教师随之板书）【学生】（随之恍然大悟）所以不同金属的逸出功不同，它们的极限频率不同！【教师】好，继续，2组代表回答问题2。【学生】因为光本身是一份一份的，即光子，电子能一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，所以光电效应具有瞬时性。【教师】爱因斯坦的理论完美地解释了这些问题啊，然而这并不代表爱因斯坦的假说就是正确的，这需要实验来验证。于是，在这个时候又有一个人站出来了……【学生】密立根！！【教师】其实大家对他并不陌生，我们在之前的学习中知道了他测量的元电荷的数值，这次他要验证爱因斯坦的假说是否正确。大家想一下，如果在光电效应实验中光照条件不变，而我想让任何一个光电子都不能到达阳极，那么我该在极板间怎么加电压呢？【学生】反向电压。【教师】注意，我要求的是任何一个光电子！这就对反向电压的大小有了更具体的要求。【学生】所加电压至少要让逸出时具有最大初动能的光电子到达阳极时恰好减速至0。【教师】正确。由于极板间的电场力做功，光电子动能减小。大家对这个过程用动能定理列式求出这个临界电压【学生】-eU=0-Ek。【教师】这个临界电压我们称为遏止电压，用Uc表示，这个式子就变成eUc=Ek（板书）。那么大家思考一个问题，影响遏止电压大小的是光照强度还是入射光频率？为什么？【学生】入射光频率。由光电效应方程可以知道，入射光频率影响Ek的大小，而Ek决定了Uc，所以说入射光频率影响遏止电压的大小。【教师】很好，那么你能由这两个公式得到遏止电压与入射光频率的关系么？【学生】。【教师】大家看，h、e都是定值，对于某一金属来讲W0也是定值，由此我们可以发现Uc和υ是一次函数关系。我们可以根据34页例题所给的某金属的Uc和υ的几组数据作出Uc-υ图象。那么图象的斜率有什么物理意义？【学生】h/e。【教师】我们知道e是多少，那么根据斜率我们就能得到h为多少。那么我用这个实验测量数据算出来的h与普朗克根据黑体辐射得出的h比较……【学生】（恍然大悟）如果这两个数据相差不大，在误差允许的范围内，可以验证爱因斯坦的理论是正确的！【教师】这就是密立根的实验原理！我们算出来发现他们的数据确实相差不多，由此可知，爱因斯坦的理论是正确的。接下来我们就用这一理论解决问题，完成课后题第四题。【学生】（两名同学板练，其他学生在下面做题）【教师】（讲评）【教师】（课堂小结）以上我就是我们所学内容，大家课下要注意复习巩固，下课。五、板书设计这一部分内容应该在学生系统地学习了光的波动性之后才能进行的。但学生对光的波动性还没有学习，这样就增加了对这节内容学习的难度，因此在本节课之前让学生先学习一些有关光的波动性的知识，即光的电磁理论。此次课做到了优化教学目标，落实学习任务。优化教学目标是课堂教学实施素质教育的前提。此次课在目标确定上，都没有照搬教参书，而是沿三维目标方向深入挖掘，精心设计。此次课同样做到了优化师生关系，创设和谐氛围，优化教学结构，体现主导作用。淡化教师教的活动，突出了教师为主导、学生为主体的教学思路。而且，此次课实现了教学方式与学习方式的多样化。在小组讨论学习中，教师充分发挥小组代表的作用，在汇报结果时利用组内补充和组外补充。让大部分同学通过小组学习活动进行学习、实践与他人合作、交流与表达。注重多媒体信息技术辅助，本节课制作了课件辅助教学，以现代信息技术特有的形、声、色、光的优势，展现实验现象、创设教学情境，吸引着学生的多种感官，在课堂上发挥着快捷、直观、高效、含盖面广、启发性强的作用。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的过程。第一节通过“黑体辐射”引出普朗克的能量量子化假说为本节《光的粒子性》做了理论铺垫。本节中“光电效应”及“康普顿效应”都是证明光的粒子性的经典实验。通过本节实验及分析，再现光的粒子性诞生的过程，并初步涉及量子物理学理论。本节知识由光电效应的实验规律、光电效应解释中的疑难、爱因斯坦的光电效应方程、康普顿效应和光子的动量五部分组成，内容较多，难度也较大，教材把这些内容放在这一节里，是希望通过这一节的学习能让学生对光子有一个全面的认识。本节知识也是本章的重点内容。光电效应和康普顿效应是认识光的粒子性的重要依据，爱因斯坦用量子思想对光电效应的解释是科学转折的重大信号，更多的科学家开始关注普朗克提出的量子观点，并开创了新的局面。光电效应实验是本节的重点，要做好实验。鉴于本节内容较多，且要突出光电效应这部分内容的重要性，我将本节分为两课时，这节课是第一课时。用光照射金属表面，没有发射光电子，这可能是()

（A）入射光强度太小（B）照射的时间太短

（C）光的波长太短（D）光的频率太低

2．光照射到某金属表面，金属表面有光电子逸出，则()

（A）若入射光的频率增加，光的强度减弱，那么逸出电子的最大初动能可能不变

（B）若入射光的频率不变，光的强度减弱，那么单位时间内逸出电子数目减少

（C）若入射光的频率不变，光的强度减弱到不为零的某一数值时，可能不再有电子逸出

（D）若入射光的频率增加，而强度不变，那么单位时间内逸出电子数目不变，而光电子的最大初动能增大

3．用导线把验电器与锌板相连接，当用紫外线照射锌板时，发生的现象是（）

（A）有电了从锌板飞出（B）有光子从锌板飞出

（C）验电器内的金属箔带正电（D）验电器内的金属箔带负电

4．某介质中光子的能量是E，波长是λ,则此介质的折射率是（）

（A）λE/h（B）λE/ch（C）ch/λE（D）h/λE

5．用一束光照射光电管时，电流表A中有一定读数，下列措施中有可能使电流表的示数增大的是（）

（A）增大入射光的频率

（B）增大入射光的强度

（C）滑片P向右移动

（D）滑片P向左移动

6．钠在紫光照射下，产生光电效应并形成光电流，若减小紫光的强度，则随之减小的物理量是（）

（A）光电流强度（B）光电子的最大初动能

（C）紫光光子的能量（D）钠的极限频率

7．用绿光照射一光电管的阴极时，产生光电效应，欲使光子从阴极逸出时的最大初动能增大，应采取的措施是（）

（A）改用红光照射（B）改用紫光照射

（C）增大绿光的强度（D）增大加在光电管上的正向电压

8．甲、乙两种单色光分别照射某金属，用甲光照射时能产生光电效应，用乙光照射时不能产生光电效应，则（）

（A）甲光的强度大于乙光的强度（B）甲光的频度大于乙光的频率

（C）甲光的波长大于乙光的波长（D）甲光的照射时间大于乙光的照射时间

9．关于光子的能量，下述说法中正确的是（）

（A）光子的能量跟它在真空中的波长成正比

（B）光子的能量跟它在真空中的波长成反比

（C）光子的能量跟光子的速度成正比

（D）光子的能量跟光子的速度的平方成正比

10．光电管是一种把信号的器件，它常用于自动化装置及等技术装置里。

11．某单色光源的输出功率1W，单色光的波长为0.6μm，该光源每秒钟发射的光子数约为个。

12．“神光Ⅱ“装置是我国规模最大、国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它每秒钟可获得能量为2400J、波长为0.35μm的紫外激光。已知普朗克常数h=6.63×10-34J•s，每秒钟紫外激光所含光子数是多少？利用多媒体教学，能很好的加强与学生的互动，让学生主动参与到教学活动中来。例如，播放功能调出相应的课件，让学生进行操作，增加了趣味性和参与性。多媒体教学，能很好对本节课的重点和难