第01節(jié) 光電效應(yīng)1

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1、光電效應(yīng)教學(xué)設(shè)計(jì)案例名稱光電效應(yīng) 科目物理教學(xué)對(duì)象高二授課人周攀課時(shí)1課時(shí)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(xué)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(xué)習(xí)建立一種新的自然觀，為物質(zhì)具有波粒二象性打下基礎(chǔ)；其教學(xué)特點(diǎn)為學(xué)生要經(jīng)歷猜想、實(shí)驗(yàn)、理論分析、認(rèn)知沖突，建立新理論的教學(xué)過程，光電效應(yīng)是本章的“根”。 二、教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)與技能（1）經(jīng)歷猜想、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的過程，知道什么是光電效應(yīng)現(xiàn)象；（2）通過實(shí)驗(yàn)，理解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，感受以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)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

2、念；（4）知道經(jīng)典理論解釋光電效應(yīng)的疑難之所在，感受科學(xué)家面對(duì)科學(xué)疑難時(shí)的創(chuàng)新精神。2.過程與方法經(jīng)歷根據(jù)已學(xué)知識(shí)或生活經(jīng)驗(yàn)，提出猜想，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想等科學(xué)探究過程，認(rèn)識(shí)科學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)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(jià)值觀目標(biāo)（1）動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，提升對(duì)科學(xué)的熱愛；（2）課堂討論、小組合作，增強(qiáng)學(xué)生的組織、溝通、語言表達(dá)能力和培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神；（3）領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。4.教學(xué)重點(diǎn)：光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律及相關(guān)概念5.教學(xué)難點(diǎn)：光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)規(guī)律；經(jīng)典理論解釋光電

3、效應(yīng)的困難三、學(xué)情分析學(xué)生已學(xué)：1.學(xué)生已建立光能可在時(shí)間上積累的觀點(diǎn)，知道光的顏色與光的頻率有關(guān)。2.在上一節(jié)中，學(xué)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(shí)。3.學(xué)生已掌握電子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)相關(guān)知識(shí)。學(xué)習(xí)困難：1.學(xué)生只看到表象，由表象分析出本質(zhì)是難點(diǎn)。光電效應(yīng)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(xué)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(xué)生對(duì)經(jīng)典理論本身就不是很熟，用經(jīng)典理論解釋光電效應(yīng)存在的疑難更是難上加難，需要教師做足鋪墊和引導(dǎo)。四、教學(xué)策略選擇與設(shè)計(jì)情景法、啟發(fā)法、發(fā)現(xiàn)法、實(shí)驗(yàn)法、討論法、強(qiáng)化法、講授法五、教學(xué)資源及

4、教具多媒體課件、攝像頭、鋅板、紫外線燈、驗(yàn)電器、電子起電機(jī)、光電效應(yīng)演示儀、鋼球、斜槽六、教學(xué)過程教學(xué)過程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)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(shí)，電子并不能大量逸出。這如何解釋？同時(shí)引導(dǎo)學(xué)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10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(gè)小時(shí)呢？一個(gè)小時(shí)呢？顯然太陽光的能量可以積累。根據(jù)視頻及生活經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：1.光越強(qiáng),雞獲得的熱量越多2.光不夠強(qiáng)時(shí),烤熟一只雞需要更長時(shí)間的照射猜想：若用光照射金屬能否發(fā)射電子

5、？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(shí)，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(dāng)電子吸收的能量與原有的熱運(yùn)動(dòng)能量之和超過一定程度時(shí)，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(yàn)總結(jié)對(duì)光的認(rèn)識(shí)（能量可以積累）提出猜想從已學(xué)及生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，引發(fā)學(xué)生猜想。2.演示實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想:光照射金屬能發(fā)射電子PPT展示：光電效應(yīng)定義板書： 一.光電效應(yīng)光金屬光電子1.實(shí)驗(yàn)通過導(dǎo)線將起電機(jī)的負(fù)極與鋅板連接使鋅版帶負(fù)電，同時(shí)鋅板與靜電計(jì)連接，用紫外線燈照射鋅板，觀察驗(yàn)電器指針有何變化？這說明什么？ 2. 總結(jié)光電效應(yīng)：照射到金屬表面的

6、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(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，積極思考，回答問題， 并理解光電效應(yīng)現(xiàn)象及其中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想，知道什么是光電效應(yīng)現(xiàn)象3.根據(jù)“烤雞”經(jīng)驗(yàn)，猜測(cè)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律問題：從烤雞的原理來看光電效應(yīng)，猜一猜光電子的產(chǎn)生與光電子動(dòng)能與哪些因素有關(guān)？有何關(guān)系？積極思考，知道光能與其他形式能的轉(zhuǎn)化，光能可以在時(shí)間上積累。根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)猜想出：1.光越強(qiáng)，逸出的光電子的動(dòng)能越大2.光很弱，但經(jīng)長時(shí)間照射也會(huì)有光電子的逸出（能量的積累）據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)即經(jīng)典理論提出猜測(cè)，為后面得出矛盾、呼吁新理論埋下伏筆4.學(xué)生實(shí)驗(yàn)：探究光

7、電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律一、引導(dǎo)學(xué)生看懂實(shí)驗(yàn)電路圖1.課件展示兩個(gè)情景：?jiǎn)栴}1：甲、乙兩個(gè)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(gè)圖的區(qū)別？ 問題2： 甲圖中的電源接法使A極和K極之間的電場(chǎng)線方向是怎樣的呢？ 問題3：這樣的電場(chǎng)線電子的運(yùn)動(dòng)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(gè)關(guān)系（靜電力做的負(fù)功剛好等于電子的最大初動(dòng)能）時(shí)，電流表還會(huì)有讀數(shù)嗎？ 2.PPT展示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的電路圖：?jiǎn)栴}1：與光電管并聯(lián)一個(gè)電壓表，他在此電路中的作用是什么？ 問題2：請(qǐng)同學(xué)們觀察，屏幕上的這個(gè)電路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案PPT

8、展示實(shí)物圖，介紹實(shí)驗(yàn)儀器，要求學(xué)生對(duì)照實(shí)物圖思考實(shí)驗(yàn)步驟 三、學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)教師將學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果及時(shí)拍照上傳屏幕四、分享實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律一、觀察電路接法對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的作用，明確概念正向電壓、反向電壓；看懂電路圖并明確實(shí)驗(yàn)原理二、小組交流討論，對(duì)照實(shí)物圖設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟 三、認(rèn)真觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象四、用簡(jiǎn)明扼要的語言總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律：存在飽和電流、遏止電壓1.通過動(dòng)畫分步展示，突破電路圖的理解這一難點(diǎn)。 2、學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)5.小組交流討論，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律板書：二、實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.存在飽和電流2.存在遏止電壓和截止頻率3.瞬時(shí)性一、對(duì)最大電流和反向臨界電壓的認(rèn)識(shí)當(dāng)正向電壓增大到一定程度

9、以后光電流不再變大，我們把最大電流稱之為飽和電流。當(dāng)反向電壓達(dá)到某一值時(shí)電流表讀數(shù)為0，我們把這個(gè)電壓稱之為遏止電壓，用符號(hào)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(gè)量？問題2：再看一組數(shù)據(jù)對(duì)比，強(qiáng)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(duì)比，藍(lán)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(yīng)還有哪些實(shí)驗(yàn)規(guī)律并整理到導(dǎo)學(xué)案上一、積極思考并能理解：1.飽和電流說明所有的光電子都被A極吸收，其大小對(duì)應(yīng)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子個(gè)數(shù)遏止電壓對(duì)應(yīng)光電子的最大初動(dòng)能。2. 光越強(qiáng)，飽和電流越大，說明光越強(qiáng)，逸出的光電子個(gè)數(shù)越多

10、 不同光強(qiáng)卻得到的是相同的遏制電壓，說明光電子的動(dòng)能與光強(qiáng)無關(guān)。3. 光電子的動(dòng)能與光的顏色，即光的頻率有關(guān)。二、閱讀教材，完善實(shí)驗(yàn)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(yīng)具有瞬時(shí)性 新概念太多，且概念之間的關(guān)聯(lián)也不易理清，故先實(shí)驗(yàn)再從微觀上分析，提問層次分明，逐步引導(dǎo)，有助于學(xué)生概念的生成，為下一步得出實(shí)驗(yàn)事實(shí)與經(jīng)典理論猜想發(fā)生矛盾做好鋪墊。6.實(shí)驗(yàn)結(jié)果反思板書：三、光電效應(yīng)解釋中的疑難反思實(shí)驗(yàn)結(jié)果，明確存在的疑難：引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行反思，思考經(jīng)典理論解釋光電效應(yīng)時(shí)存在的疑難。讓學(xué)生意識(shí)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(cè)實(shí)驗(yàn)規(guī)律光越強(qiáng)，光

11、電子動(dòng)能越大光電子的動(dòng)能與光強(qiáng)無關(guān)若光很弱，電子的逸出需長時(shí)間照射光電效應(yīng)幾乎是瞬時(shí)的任何顏色的光，只要光足夠強(qiáng)，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(duì)比之前依據(jù)經(jīng)典理論得出的猜想和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出矛盾之處。意識(shí)到經(jīng)典理論已無法解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，。利用表格，很好地達(dá)到經(jīng)典理論與實(shí)驗(yàn)規(guī)律矛盾帶來的沖擊，同時(shí)順便對(duì)實(shí)驗(yàn)規(guī)律也做了總結(jié)7.演示實(shí)驗(yàn)：模擬光電效應(yīng)引發(fā)思考，留下懸念演示實(shí)驗(yàn)：將凹槽滑道最低點(diǎn)放3個(gè)鋼球。（1）較低處：釋放1個(gè)鋼球；2個(gè)鋼球（2）較高處：釋放1個(gè)鋼球；2個(gè)鋼球提問：與光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有類似之處嗎？對(duì)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的解釋有什么啟示呢？ 認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并思考與

12、光電效應(yīng)現(xiàn)象的類似之處。獨(dú)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(yīng)的現(xiàn)象的類似之處，啟發(fā)學(xué)生思考，為下一節(jié)課埋下伏筆8.課堂小結(jié)帶領(lǐng)學(xué)生一起回顧、總結(jié)主動(dòng)回憶，總結(jié)收獲回憶鞏固，理清課堂要點(diǎn)9.布置作業(yè)布置課后作業(yè)課后完成鞏固所學(xué)知識(shí)開 始教學(xué)流程圖情景導(dǎo)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(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證猜想知道光電效應(yīng)現(xiàn)象猜想：1.光越強(qiáng)，光電子EK越大2.光很弱，但照射時(shí)間夠長，也逸出光電子（能量的積累）猜想：根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，猜想實(shí)驗(yàn)規(guī)律觀察光顏色和光強(qiáng)改變時(shí)，光電流I隨兩極間所加電壓U的變化情況學(xué)生實(shí)驗(yàn)：明確原理，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)理解實(shí)驗(yàn)規(guī)律：1.飽和電流；2.遏

13、止電壓和截止頻率；3.瞬時(shí)性理解并總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律對(duì)比實(shí)驗(yàn)規(guī)律與猜想，得出矛盾，認(rèn)識(shí)到經(jīng)典理論解釋光電效應(yīng)存在疑難對(duì)比反思，得出矛盾知道碰撞現(xiàn)象與光電效應(yīng)有類似之處，或許可借用粒子性理論解釋光電效應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)l(fā)學(xué)生思考新理論師生共同總結(jié)課堂小結(jié)七、板書設(shè)計(jì)一.光電效應(yīng)光金屬光電子二、實(shí)驗(yàn)規(guī)律1.存在飽和電流（單位時(shí)間光電子個(gè)數(shù)）2.存在遏止電壓 三、光電效應(yīng)解釋中的疑難八、教學(xué)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)觀察學(xué)生課堂表現(xiàn)、驗(yàn)收課后作業(yè)。九、教學(xué)反思一、重難點(diǎn)突破方面，本節(jié)課有兩個(gè)難點(diǎn)：難點(diǎn)1：實(shí)驗(yàn)原理及實(shí)驗(yàn)規(guī)律的的理解，這也是教學(xué)重點(diǎn)。通過學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、閱讀教材、交流討論及教師細(xì)化問題引導(dǎo)思考等教學(xué)手段，得到了較好

14、突破；難點(diǎn)2：經(jīng)典理論解釋光電效應(yīng)存在矛盾，若沒有鋪墊，直奔矛盾，學(xué)生難以接受，故本設(shè)計(jì)做足了鋪墊，先通過生活中太陽光烤雞這一經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)經(jīng)典理論光能可累加有了初步認(rèn)識(shí)，并引導(dǎo)學(xué)生利用該生活經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，最后將前期預(yù)測(cè)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果列表對(duì)比，對(duì)比明顯，矛盾突出，對(duì)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(jié)構(gòu)創(chuàng)新：一般講法是完全按照教材順序，先講實(shí)驗(yàn)規(guī)律，再講解釋中的疑難，這種講法在講實(shí)驗(yàn)規(guī)律時(shí)，容易讓學(xué)生不知所云，無法參與教學(xué)。本設(shè)計(jì)采用引導(dǎo)學(xué)生用經(jīng)典理論主動(dòng)預(yù)先討論實(shí)驗(yàn)結(jié)論并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)照而激發(fā)矛盾的教學(xué)方法。這種方法用學(xué)生已有的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)引出結(jié)論，學(xué)生在做實(shí)

15、驗(yàn)的過程中自己就會(huì)發(fā)現(xiàn)一些矛盾，引起認(rèn)知沖突，進(jìn)而產(chǎn)生探究和解決問題的強(qiáng)烈欲望，不僅易于接受，而且學(xué)生可以參與到教師的教學(xué)中，一起討論、猜想。本節(jié)具體設(shè)計(jì)思路如下：兩個(gè)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(yàn)證猜想，得到光電效應(yīng)現(xiàn)象根據(jù)烤雞經(jīng)驗(yàn)，猜想實(shí)驗(yàn)規(guī)律學(xué)生實(shí)驗(yàn)，總結(jié)規(guī)律對(duì)比反思，得出矛盾演示實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)思考新理論。每一個(gè)部分的銜接、鋪墊、對(duì)學(xué)生思維上的引導(dǎo)自然到位，邏輯清晰，順理成章。本節(jié)課概念繁雜，前后反復(fù)牽扯。教材將金屬的逸出功這一概念放在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之后，這不利于學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)時(shí)所觀察的現(xiàn)象。本設(shè)計(jì)將逸出功提前，用已學(xué)知識(shí)電子槍的原理引入，讓學(xué)生意識(shí)到電子獲得足夠能量會(huì)

16、逸出，同時(shí)也順暢地得到逸出功的概念。 2. 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新：本節(jié)課共三個(gè)大層次，對(duì)應(yīng)三個(gè)實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生理解、引導(dǎo)學(xué)生思考，用事實(shí)說話，學(xué)生更易理解接受。實(shí)驗(yàn)一演示光電效應(yīng)現(xiàn)象，直觀明了；實(shí)驗(yàn)二學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)效果很好；實(shí)驗(yàn)三模擬光電效應(yīng)，前面已得出經(jīng)典理論無法解釋實(shí)驗(yàn)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(xué)生也難以接受，而光電效應(yīng)中電子逸出是微觀的，無法直接觀察，本實(shí)驗(yàn)巧妙地用已知的宏觀世界粒子的碰撞現(xiàn)象讓學(xué)生類比觀察到的光電效應(yīng)現(xiàn)象，讓學(xué)生意識(shí)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)

17、課做好鋪墊。 3.多媒體技術(shù)創(chuàng)新：通過自己編程，設(shè)定系數(shù)，將演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象投影到屏幕上，學(xué)生能同步清晰地看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，且投影技術(shù)完美地鑲嵌在PPT中，無需PPT切出切入、點(diǎn)擊等待等多余操作，浪費(fèi)課堂時(shí)間，影響課堂節(jié)奏。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(jī)拍照功能，將學(xué)生結(jié)果同步到PPT中投影，可取代平板電腦的部分課堂互動(dòng)功能及展臺(tái)的全部功能，且更經(jīng)濟(jì)、無需安裝復(fù)雜程序、操作更簡(jiǎn)單。以上兩個(gè)創(chuàng)新均實(shí)用性強(qiáng)且易推廣，程序編寫好后，只需將利用了此技術(shù)的那張PPT復(fù)制即可，無需重新編寫程序。三、可優(yōu)化的方面：由于課堂時(shí)間有限，本節(jié)課只提出需要新的理論，沒有得出最終結(jié)論即愛因斯坦光電效應(yīng)方程。本節(jié)內(nèi)容全部講完需2個(gè)課時(shí)，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(gè)微課，將光電效應(yīng)概念及對(duì)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的猜測(cè)放在自學(xué)部分的微課中，讓學(xué)生課前自學(xué)一部分內(nèi)容，課堂直接從探究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律開始。