1、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光的粒子性教学设计 学习目标（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。3 了解康普顿效应，了解光子的动量（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。（三）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，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。 教学重点 光电效应的实验规律 教学难点 爱因斯坦光电效应方程以及意义 教学方法 教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学用具： 投影片，多媒体辅助教学设备一、光电效
2、应现象图1导学探究如图1所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上(弧光灯发射紫外线)(1)用弧光灯照射锌板，看到的现象为_，说明_(2)在弧光灯和锌板之间插入一块普通玻璃板，再用弧光灯照射，看到的现象为_，_.(3)撤去弧光灯，换用白炽灯发出的强光照射锌板，并且照射较长时间，看到的现象为_，说明_知识梳理1光电效应：当光照射在金属表面上时，金属中的电子会因吸收光的能量而逸出金属表面，这种现象称为光电效应2光电效应中的光包括不可见光和可见光3光电子：光电效应中发射出来的电子其本质还是电子4光电效应能否发生与光强无关(填“有关”或“无关”)二、光电效应的实验规律导学
3、探究如图2所示，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K用铯做成电源加在K和A之间的电压大小可以调整，正负极也可以对调(1)加在光电管两极间电压为零时，用紫光照射阴极，回路中有电流吗？改变入射光强度，光电流大小如何变化？(2)保持入射光的强度不变，更换滤色片以改变入射光频率，使光由紫光蓝光绿光红光，会看到什么现象？这说明什么？知识梳理1光电效应的四条实验规律(1)截止频率(也叫极限频率)的存在：入射光的频率必须大于0，才能发生光电效应，与入射光强度及照射时间无关不同金属材料的截止频率不同(2)当产生光电效应时，光电流大小随入射光强度的增大而增大(3)光电子的最大初动能与入射光的频率成线
4、性关系，如图3所示即光电子的最大初动能随着入射光频率的增加而增加，而与入射光强度无关(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过109 s.2两个决定关系(1)入射光频率决定着能否发生光电效应和光电子的最大初动能；(2)入射光强度决定着单位时间内发射的光电子数例1入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么()A从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B逸出的光电子的最大初动能将减小C单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D有可能不发生光电效应针对训练1(多选)如图所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过其原因可
5、能是()A入射光太弱B入射光波长太长C光照时间太短D电源正、负极接反三、光量子概念的提出光电效应方程导学探究1光的波动说在解释光电效应现象时遇到了哪些困难？答案按照光的波动说，当光照射到金属表面时，金属中的电子会从入射光中持续吸收能量，只要能量积累到一定量值电子就会从金属表面逃逸出来，根据波动说这个积累时间需要几分钟或更长时间，这显然不能解释光电效应的瞬时性2爱因斯坦光电效应方程hmv2W中，h和W指的是什么？怎样解释光电效应存在截止频率和光电子的最大初动能与入射光频率成线性关系？答案(1)h指的是光子的能量，它与光的频率成正比，W表示逸出功(2)由光电效应方程可知mv2hW，即EkhW，即E
6、k和入射光的频率成线性关系(3)当Ek0时，金属表面不再有光电子逸出，即h0W，0，0即为截止频率，从方程可知只有光的频率大于0，才能有光电子逸出，才能发生光电效应知识梳理1光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量h.其中h6.631034 Js，称为普朗克常量2最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值3截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)不同的金属对应着不同的极限频率4光电效应方程(1)表达式：hmv2W或mv2hW.(2)物理意义：金
7、属中电子吸收一个光子获得的能量是h，这些能量一部分用于克服金属的逸出功W，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能(3)光电效应方程说明了产生光电效应的条件若有光电子逸出，则光电子的最大初动能必须大于零，即EkhW0，亦即hW，0，而0恰好是光电效应的截止频率5Ek曲线如图4所示是光电子最大初动能Ek随入射光频率的变化曲线这里，横轴上的截距是截止频率(或极限频率)；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量图46光电效应方程实质上是能量守恒方程(1)能量为h的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能(2)如果克服吸引力做功最少为W，则
8、电子离开金属表面时动能最大为Ek，根据能量守恒定律可知：EkhW.例2在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为0，该金属的逸出功为_若用波长为(0)的单色光做该实验，则其遏止电压为_已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.例3如图所示，当开关K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6 V时，电流表读数仍不为零当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零由此可知阴极材料的逸出功为()A1.9 eV B0.6 eV C2.5 eV D3.1 eV针对训练2(多选)一单色光照到某金属表
9、面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是()A只增大入射光的频率，金属逸出功将减小B只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将不变C只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大D只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短课堂小结：1光电效应规律中的两条线索、两个关系：(1)两条线索：(2)两个关系：光强增大光子数目多发射光电子多光电流大；光子频率高光子能量大产生光电子的最大初动能大2光电效应的瞬时性：当光照射到金属上时，光子的全部能量将立刻被金属中的电子所吸收，不需要积累能量的时间3遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U0，即eU0Ekmv2.作业：光的粒子性练习题光的波动性学情
10、分析：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，只有采用在学习本节内容之前让学生先学习一些有关光的波动性的知识，即经典的电磁理论知识。光的粒子性效果分析：光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。 19 世纪 60 年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象 光电效应现象。对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。由物理学史的介绍，引入本节课，让学生对光的本质有了一个全面的认识，效果很好。光的粒子性教材分析：本节知识由光
11、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、三部分组成，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“根”，要创造条件做好实验。光的粒子性练习题 1(多选)如图所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是()A用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B用红光照射锌板，验电器指针会发生偏
12、转C锌板带的是负电荷D使验电器指针发生偏转的是正电荷2(多选)下列对光子的认识，正确的是()A光子说中的光子就是牛顿在微粒说中所说的微粒B光子说中的光子就是光电效应的光电子C在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子D光子的能量跟光的频率成正比3利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则()A用紫外线照射，电流表中不一定有电流通过B用红光照射，电流表中一定无电流通过C用频率为的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过D用频率为的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能
13、不变4当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时()A锌板带负电 B有正离子从锌板逸出C有电子从锌板逸出 D锌板会吸附空气中的正离子5某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是()A延长光照时间 B增大光的强度C换用波长较短的光照射 D换用频率较低的光照射7如图所示，在研究光电效应的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射光电管时不发生光电效应，则()AA光的强度大于B光的强度BB光的频率大于A光的频率C用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是由a流向bD用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是由
14、b流向a8某金属的逸出功为2.3 eV，这意味着()A这种金属内部的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离表面B这种金属表层的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离表面C要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量可能小于2.3 eVD这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3 eV9如图所示是光电效应中光电子的最大初动能Ek与入射光频率的关系图像从图中可知()AEk与成正比B入射光频率必须小于极限频率0时，才能产生光电效应C对同一种金属而言，Ek仅与有关DEk与入射光强度成正比10分别用波长为和的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为12，以
15、h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为()A. B. C. D.11研究光电效应的电路如图所示用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A吸收，在电路中形成光电流下列光电流I与A、K之间的电压UAK的关系图像中，正确的是()金属钨钙钠截止频率0/1014Hz10.957.735.53逸出功W/eV4.543.202.2912实验得到金属钙的光电子的最大初动能Ekm与入射光频率的关系如图所示下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功，参照下表可以确定的是()A.如用金属钨做实验得到的Ekm图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大B如
16、用金属钠做实验得到的Ekm图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大C如用金属钠做实验得到的Ekm图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为(0，Ek2)，则Ek2Ek1D如用金属钨做实验，当入射光的频率1时，可能会有光电子逸出13现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生下列说法正确的是()A保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B入射光的频率变高，饱和光电流变大C入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生14图为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.51014 Hz，则
17、以下判断正确的是()A发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率B发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度C用0.5 m的光照射光电管时，电路中有光电流产生D光照射时间越长，电路中的电流越大15在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U0与入射光的频率的关系如图所示若该直线的斜率和纵截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为_，所用材料的逸出功可表示为_16小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图7甲所示已知普朗克常量h6.631034 Js.图7(1)图甲中电极A为光电管的_(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电
18、压U0与入射光频率之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率0_Hz，逸出功W_J；(3)如果实验中入射光的频率7.001014 Hz，则产生的光电子的最大初动能Ek_J.光的粒子性课后反思：思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。光的粒子性课标分析：1 内容标准 （ 1 ）了解微观世界中的量子化现象。比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。 （ 2 ）通过实验了解光电效应。知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
19、（ 3 ）根据实验说明光的波粒二象性。2. 课标分析：节内容比较难讲，到底怎样讲学生易于接受？教学界一直在探索， 本节 以 实验演示引入，在引入阶段让学生充分讨论两个问题：“为什么在紫外线的照射下锌板中的自由电子会跑出来呢？”“为什么用红光照射锌板打不出电子？” 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。光电效应的实验规律部分是激发学生想象力的关键，不能简单地将知识灌输给学生，“存在饱和电流、遏止电压、截至频率、效应的瞬时性”每一个问题都让学生从已有的知识出发去探讨，再和实验结果进行比较，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
20、光电效应的解释便呼之欲出，顺利成章了。整个设计以贯穿三维目标为基调，以培养学生想象了为主轴， 以教材知识线索为主线。3.教学目标的设计（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。（三） 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，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。五、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六、 教学策略与手段教师启发、引导，学生讨论、交流的导学案方式
