第四章 第2节 光电效应2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册同步教学设计（人教版2019 江苏专用）

第四章第2节光电效应2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册同步教学设计（人教版2019江苏专用）课题：科目：班级：课时：计划1课时教师：单位：一、教学内容《第四章第2节光电效应》选自2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册（人教版2019江苏专用）。本节课主要内容包括：

1.光电效应现象的观察和描述。

2.光电效应实验的基本原理及操作方法。

3.光电效应的规律及影响因素。

4.光电效应的解释和应用。

5.光子概念和能量量子化的引入。

6.光电效应方程的推导和应用。二、核心素养目标1.培养学生观察光电效应现象的实验能力，提高科学探究素养。

2.增强学生对物理规律的理解和运用，发展科学思维。

3.引导学生通过光电效应实验，培养证据意识，提高物理实验素养。

4.激发学生对光子概念和能量量子化的思考，提升物理观念的形成与应用能力。三、教学难点与重点三、教学难点与重点

1.教学重点

①光电效应现象的观察和实验操作。

②光电效应的规律及其数学表达。

③光电效应方程的理解和应用。

2.教学难点

①光电效应实验结果与理论之间的联系。

②光子概念和能量量子化的引入及理解。

③光电效应方程中各个物理量的关系及其推导过程。四、教学资源准备1.教材：确保每位学生都有《高中物理选择性必修第三册》教材。

2.辅助材料：准备关于光电效应现象的动画视频、相关科学家实验图片及光电效应应用实例。

3.实验器材：准备光电效应实验所需的汞灯、光电管、电压表、电流表、滑动变阻器等器材，并确保其安全可用。

4.教室布置：将教室分为实验操作区和理论学习区，确保学生能同时进行实验操作和理论学习。五、教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

发布预习任务：通过在线平台或班级微信群，发布预习资料（如关于光电效应的实验视频、相关理论文章），明确预习目标和要求，如理解光电效应的基本现象和原理。

设计预习问题：围绕光电效应的原理和实验现象，设计问题如“光电效应是如何产生的？”、“影响光电效应的因素有哪些？”等，引导学生自主思考。

监控预习进度：通过在线平台或学生反馈，监控学生的预习进度，确保预习效果。

学生活动：

自主阅读预习资料：学生按照预习要求，阅读资料，理解光电效应的基本概念。

思考预习问题：学生针对预习问题，进行独立思考，记录自己的理解和疑问。

提交预习成果：学生将预习笔记、思维导图或问题清单提交至在线平台或老师处。

教学方法/手段/资源：

自主学习法：引导学生自主探究，培养自主学习能力。

信息技术手段：利用在线平台、微信群等，实现预习资源的共享和进度监控。

作用与目的：

帮助学生提前了解光电效应的基本概念，为课堂学习打下基础。

培养学生的自主学习能力和科学探究精神。

2.课中强化技能

教师活动：

导入新课：通过介绍光电效应的发现历史或相关实验视频，引出课题，激发兴趣。

讲解知识点：详细讲解光电效应的实验原理、现象及其规律，如光电效应方程的推导和应用。

组织课堂活动：设计小组讨论实验结果，探讨不同因素对光电效应的影响。

解答疑问：针对学生在学习中产生的疑问，如光电效应方程中的物理量关系，进行解答和指导。

学生活动：

听讲并思考：学生认真听讲，积极思考老师提出的问题。

参与课堂活动：学生积极参与小组讨论，通过实验数据分析光电效应的规律。

提问与讨论：学生针对不懂的问题或新的想法，勇敢提问并参与讨论。

教学方法/手段/资源：

讲授法：通过详细讲解，帮助学生理解光电效应的理论基础。

实践活动法：通过实验操作和数据分析，让学生在实践中掌握光电效应的规律。

合作学习法：通过小组讨论，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

作用与目的：

帮助学生深入理解光电效应的理论和实验规律，掌握相关技能。

通过合作学习，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

3.课后拓展应用

教师活动：

布置作业：根据光电效应的课题，布置适量的课后作业，如设计不同条件下的光电效应实验。

提供拓展资源：提供与光电效应相关的拓展资源，如相关科学家的研究论文、在线课程等。

反馈作业情况：及时批改作业，给予学生反馈和指导。

学生活动：

完成作业：学生认真完成作业，通过设计实验方案来巩固光电效应的知识。

拓展学习：学生利用提供的拓展资源，进行进一步的学习和思考。

反思总结：学生对自己的学习过程和成果进行反思，提出改进建议。

教学方法/手段/资源：

自主学习法：鼓励学生自主完成作业和拓展学习，培养独立解决问题的能力。

反思总结法：引导学生反思学习过程，发现不足，提出改进措施。

作用与目的：

巩固学生在课堂上学到的光电效应知识点和技能。

通过反思总结，帮助学生提升自我学习能力，促进持续发展。六、教学资源拓展1.拓展资源

（1）光电效应的历史背景：介绍光电效应的发现过程，包括海因里希·赫兹的实验和阿尔伯特·爱因斯坦的光量子理论。

（2）光电效应的应用：探讨光电效应在现代科技中的应用，如光电传感器、太阳能电池等。

（3）光电效应的实验方法：详细描述光电效应实验的步骤和技巧，包括实验装置的选择、实验数据的采集和处理。

（4）光电效应的理论扩展：介绍光电效应相关的物理理论，如光子概念、能量量子化、波粒二象性等。

（5）相关科学家介绍：介绍对光电效应研究做出重要贡献的科学家，如爱因斯坦、普朗克等。

（6）最新科研进展：提供关于光电效应的最新科研成果和论文摘要，让学生了解该领域的最新动态。

2.拓展建议

（1）阅读经典论文：鼓励学生阅读爱因斯坦关于光电效应的经典论文，以加深对光量子理论的理解。

（2）开展实验探究：建议学生利用实验室资源，亲自动手进行光电效应实验，通过实践加深对理论的认识。

（3）参与学术讨论：鼓励学生参加学校或社区的学术讨论活动，与其他学生和教师交流光电效应的学习心得和研究成果。

（4）制作科普作品：学生可以尝试制作关于光电效应的科普小册子或视频，向公众普及这一物理现象及其应用。

（5）撰写研究论文：指导学生撰写关于光电效应的研究论文，培养他们的科研能力和写作技巧。

（6）跨学科学习：鼓励学生将光电效应的知识与化学、生物学等其他学科结合起来，探索跨学科的应用和研究。

（1）光电效应的历史背景

介绍光电效应的发现始于19世纪末，海因里希·赫兹在实验中发现，当光照射到金属表面时，会有电子被激发出来。这一现象引起了科学家的广泛关注。随后，阿尔伯特·爱因斯坦在1905年提出了光量子理论，成功解释了光电效应的原理，为量子物理学的发展奠定了基础。

（2）光电效应的应用

光电效应在现代科技中有着广泛的应用。例如，光电传感器利用光电效应原理，将光信号转换为电信号，广泛应用于自动控制、安防监控等领域。太阳能电池也是基于光电效应的原理，将太阳光能直接转换为电能。

（3）光电效应的实验方法

在实验中，学生需要了解光电效应实验的基本步骤，包括选择合适的实验装置、调整实验参数、采集实验数据和处理数据。例如，使用汞灯作为光源，通过调节电压测量不同频率下的光电流，从而验证光电效应的规律。

（4）光电效应的理论扩展

光电效应的研究不仅限于实验现象，还涉及到更深层次的理论。例如，光子概念和能量量子化是理解光电效应的关键。此外，波粒二象性也是量子物理学中的一个核心概念，它解释了光既具有波动性又具有粒子性的特性。

（5）相关科学家介绍

在光电效应的研究中，许多科学家做出了重要贡献。例如，海因里希·赫兹的实验发现了光电效应现象，而阿尔伯特·爱因斯坦的光量子理论则解释了这一现象的原理。此外，马克斯·普朗克提出的量子理论也为光电效应的研究提供了理论基础。

（6）最新科研进展

在光电效应领域，科学家们不断取得新的研究成果。例如，通过研究不同材料的光电效应特性，科学家们开发了新型光电传感器和太阳能电池。此外，光电效应在量子计算和量子通信等领域也展现出潜在的应用前景。学生可以通过阅读最新的科研论文，了解这些进展。七、反思改进措施（一）教学特色创新

1.引入历史背景，增强学生的学习兴趣。在讲解光电效应时，我特别注重引入科学史的内容，讲述光电效应的发现过程以及爱因斯坦的贡献，这样不仅能够激发学生的兴趣，还能够帮助他们更好地理解科学的发展脉络。

2.设计实验探究环节，提高学生的实践能力。我设计了多个实验环节，让学生亲自动手操作，通过实验验证光电效应的理论，这样的实践操作有助于学生加深对知识点的理解和记忆。

（二）存在主要问题

1.教学管理方面，我发现学生在预习环节的参与度不够，部分学生没有按照要求完成预习任务，导致课堂学习效果受到影响。

2.教学组织方面，课堂讨论环节的时间安排不够合理，有时讨论过于发散，未能有效聚焦到教学重点上。

3.教学评价方面，传统的笔试评价方式不能全面反映学生对光电效应的理解和应用能力，需要探索更加综合的评价方法。

（三）改进措施

1.针对预习环节的问题，我将加强对学生的监督和指导，通过在线平台及时跟踪学生的预习进度，并在课堂上对预习内容进行简要测试，确保每个学生都能够扎实掌握预习知识。

2.对于课堂讨论环节，我将提前制定详细的讨论计划和问题清单，确保讨论内容紧扣教学重点，同时适时引导讨论方向，避免讨论偏题。

3.在教学评价方面，我计划采用多元化评价方式，结合实验报告、课堂表现、小组讨论等多方面因素，综合评价学生的学习成果。此外，我还会鼓励学生参与与光电效应相关的科研项目或竞赛，以实践成果作为评价的一部分。八、典型例题讲解【例题1】

题目：某金属的逸出功为2.0eV，现将波长为300nm的光照射到该金属表面，求：

（1）光的频率；

（2）光电子的最大动能；

（3）若改用波长为400nm的光照射，能否发生光电效应？

答案：

（1）光的频率：ν=c/λ=(3.0×10^8m/s)/(300×10^-9m)=1.0×10^5Hz

（2）光电子的最大动能：E_k=hf-W_0=(6.63×10^-34J·s×1.0×10^5Hz)-(2.0×1.6×10^-19J)=3.2×10^-19J

（3）改用波长为400nm的光照射，光的频率为ν'=c/λ'=(3.0×10^8m/s)/(400×10^-9m)=7.5×10^4Hz，对应的能量E=hf'<W_0，因此不能发生光电效应。

【例题2】

题目：一束单色光照射到某金属表面，产生了光电效应。若该单色光的频率变为原来的两倍，求光电子的最大初动能如何变化？

答案：光电子的最大初动能变为原来的两倍，因为光电子的最大初动能E_k=hf-W_0，当频率变为原来的两倍时，E_k'=2hf-W_0=2E_k。

【例题3】

题目：某金属的截止频率为4.0×10^14Hz，现用频率为6.0×10^14Hz的光照射该金属表面，求光电子的最大初动能。

答案：光电子的最大初动能E_k=hf-W_0=(6.63×10^-34J·s×6.0×10^14Hz)-(6.63×10^-34J·s×4.0×10^14Hz)=1.98×10^-19J。

【例题4】

题目：一束光照射到某金属表面，发生了光电效应。若该束光的强度增大，光电子的最大初动能是否会改变？为什么？

答案：光电子的最大初动能不会改变，因为光电子的最大初动能只与光的频率和金属的逸出功有关，而与光的强度无关。

【例题5】

题目：某金属的截止频率为3.0×10^14Hz，现将