資源簡介

光電效應說課稿
教材分析
本課地位
光電效應選自2019年人教版物理教材選修三第四章原子結構和波粒二象性第2節。此前，學生已經學習了電學電路基礎和普朗克黑體輻射理論，知道了能量不連續 ，本課的學習，實際上是引導學生通過光電效應實驗更好地驗證光的粒子性和波動性，為進一步學習波粒二象性和原子結構奠定基礎，也讓學生進一步意識到經典力學和經典電磁理論適用范圍的局限性，為建立量子力學概念作鋪墊。起到了承上啟下的作用。
課標解讀
內容要求
教學提示
學業要求
根據課標要求可知本節內容一方面要讓學生通過光電效應實驗掌握光電效應實驗規律，另一方面要讓學生認識光及實物粒子的粒子性，能量量子化。
因此，
1.本節內容應注重實驗教學，讓學生通過實驗認識光電效應的特點，注重實驗數據處理、結果分析，引導學生得到光電效應圖像和截止頻率飽和電流等物理概念。。
2.引導學生理解光電效應實驗規律，為學習下一課時愛因斯坦光電理論和光電效應方程做好鋪墊，培養學生的科學推理能力。
新舊教材對比
舊教材將此內容放在選修3-5第十七章波粒二象性中，把光電效應內容融入在第二節光的粒子性里，并且舊教材學習脈絡清晰，從量子化--粒子性--波動性--概率波--不確定關系，標題直接給出物理概念，直接了當幫助學生構建學習框架。
新教材將光電效應獨立成節，并且新教材注重引導，沒有直接給出將要學習的是什么，基本都是通過介紹實驗理論再步步引導出物理概念，對學生的分析能力有一定要求。
二、學情分析
知識基礎：此前學生已經學習了必部分修所有內容和選修一二，掌握了電磁學電路基礎、能量守恒等相關知識，為光電效應實驗奠定了基礎。
能力基礎：高三學生已經形成了一定的物質觀、運動與相互作用觀、能量觀，并且數學能力也有很大提高，能夠使用不同方法和手段分析、處理信息，描述并解釋探究結果。
思維特點：由于學習了三年物理，學生此時對經典力學、電磁理論的定義、結論會有一定的固定印象，還是需要教師正確引導才能理解晦澀的原理推導。
行為特征：高三學生容易焦慮，可能急于得到結論忽視推導過程，但是加以引導專注度會比低年級高。
三、教學重難點
（1）從實驗現象總結出光電效應的特點和規律。
（2）知道光子的粒子性，理解經典理論在解釋光電效應遇到的困難。
教學目標
物理觀念：學生能夠形成對能量量子化、光電效應規律的基本認識。理解經典理論在解釋光電效應遇到的困難，初步形成在宏觀微觀低速高速告訴下經典力學和量子力學適用性不同的物理觀念。
科學思維：學生能夠分析與綜合實驗數據、推理與論證光電效應實驗結論，敢于質疑經典理論。
科學探究：學生能在觀察和實驗中發現問題，猜想光電效應實驗結論，對于與經典理論預期設想不同的實驗數據和結論提出問題，進行數據分析，查找證據證實觀點，與師生交流。
科學態度與責任：學生能夠從實驗得到結論，不迷信權威，質疑經典理論，培養嚴謹、實事求是的科學態度。經歷完整的實驗探究過程，培養團結合作精神和協作意識。
教學方法
以教師為主導，學生為主體，讓教法引導學法，學法反饋于教法，在教師引導下，學生通過分組實驗自主探究交流討論得到實驗結論。
教法：講授法、實驗法、問答法、討論法、閱讀法
學法：自主學習，分組實驗合作探究。
教學手段
利用多媒體設備，課件，教科書，光電效應實驗儀器進行教學，板書進行教學。
七、教學程序
導入新課
播放光電效應的相關現象視頻，用視頻播放學生未曾見過的現象，吸引學生注意力，引出新課。
講授新課
光電效應的實驗規律
讓學生知道什么是光電效應，什么是光電子
用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導線與不帶電的驗電器相連），使驗電器張角增大到約為 30度時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗電器的指針張角會變大。
表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電。
當光線（包括不可見光）照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現象，稱為光電效應。逸出的電子稱為光電子。
光電子定向移動形成的電流叫光電流。
讓學生了解光電效應實驗儀器
思考1：在如圖所示的電路中靈敏電流計會有示數嗎？
思考2：當有光照射陰極K時回路中會有電流嗎？
思考3：為什么要加正向電壓？不加正向電壓電路中有電流嗎？
學生小組討論，解決問題。以問題的形式講解新知識，促進學生的交流，增強學生學習的自主性。
對學生的回答內容進行點評和歸納，總結出更符合問題題意的答案。
分析解答：光束照在陰極K上會發生光電效應現象，但只有極少的電子能到達陽極A，電路中電流很小。加了正向電壓后，大量的電子在電場力的作用下向陽極運動，形成較大電流。（加正向電壓的目的是放大實驗效果，增強實驗“可見性”）。
讓學生分析陰陽極間加速電場對研究光電流的作用（引出飽和電流概念）
思考4：保持光照條件不變，逐漸加大兩極之間的電壓，大家分析光電流會怎樣變化？
學生分析討論問題，根據思考問題總結實驗規律。
（1）存在飽和電流
光照不變，增大UAK，G表中電流達到某一值后不再增大，即達到飽和值。
因為光照條件一定時，K發射的電子數目一定。
實驗表明：
入射光越強，飽和電流越大，單位時間內發射的光電子數越多。
學生通過對光電子的受力和運動情況分析，明確什么是遏止電壓。
思考5：保持光照條件不變，對調電源的正負極，逐漸加大兩極之間的電壓，大家分析光電流會怎樣變化？
(2)存在遏止電壓
U=0時，I≠0，因為電子有初速度
加反向電壓，如右圖所示：
光電子所受電場力方向與光電子速度方向相反，光電子作減速運動。若
則I=0，式中UC為遏止電壓
讓學生明確截止頻率的概念。
思考6：對剛才的實驗，加了遏止電壓后，如果再增大入射光的強度，電路中會有光電流嗎？減弱光的強度，遏止電壓會減小嗎？
(3)存在截止頻率
經研究后發現：對于每種金屬，都相應確定的截止頻率ν c 。
當入射光頻率ν > ν c 時，電子才能逸出金屬表面；
當入射光頻率ν < ν c時，無論光強多大也無電子逸出金屬表面。
實驗表明:對于一定顏色(頻率)的光, 無論光的強弱如何,遏止電壓是一樣的. 光的頻率 ν改變時，遏止電壓也會改變。
光電子的能量只與入射光的頻率有關，與入射光的強弱無關。
讓學生了解光電效應的瞬時性。
(4)具有瞬時性
實驗結果：即使入射光的強度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉。
更精確的研究推知，光電子發射所經過的時間不超過10－9 秒（這個現象一般稱作“光電子的瞬時發射”）。
光電效應在極短的時間內完成 。
二.光電效應解釋中的疑難
引出“逸出功”的概念。
思考7：人們知道，金屬中原子外層的電子會脫離原子而做無規則的熱運動。但在溫度不很高時，電子并不能大量逸出金屬表面，這是為什么呢
溫度不很高時，電子不能大量逸出，是由于受到金屬表面層的引力作用，電子要從金屬中掙脫出來，必須克服這個引力做功。
使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功。
讓學生了解實驗結論與經典波動理論的不符之處，
當光照射金屬表面時，電子會吸收光的能量。若電子吸收的能量超過逸出功，電子就能從金屬表面逸出，這就是光電子。光越強，逸出的電子數越多，光電流也就越大。
這些結論與實驗相符。
①光越強，光電子的初動能應該越大，所以遏止電壓UC應與光的強弱有關。
②不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面，不應存在截止頻率。
③如果光很弱，按經典電磁理論估算，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需的能量，這個時間遠遠大于10 -9 S。
以上三個結論都與實驗結果相矛盾的，所以無法用經典的波動理論來解釋光電效應。
課堂小結
①對于任何一種金屬，都有一個極限頻率，入射光的頻率必須大于這個極限頻率，才能發生光電效應，低于這個頻率就不能發生光電效應；
② 當入射光的頻率大于極限頻率時，入射光越強，飽和電流越大；
③光電子的最大初動能與入射光的強度無關，只隨著入射光的頻率增大而增大；
④入射光照到金屬上時，光電子的發射幾乎是瞬時的，一般不超過10-9秒。
八、板書設計

展開更多......

收起↑