《科學(xué)的轉(zhuǎn)折光的粒子性》教學(xué)設(shè)計(jì)-新課程培訓(xùn)編號(hào)參考模板范本

1、4/4科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性教學(xué)設(shè)計(jì)新課程培訓(xùn) 編號(hào)： 學(xué)科物理選修35教材出版社人民教育出版社課題名稱科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性年級(jí)：高三年級(jí)學(xué)期：第一學(xué)期教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能：（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律；（2）知道愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義；（3）了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動(dòng)量。過(guò)程與方法：經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)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(wèn)題，驗(yàn)證物理規(guī)律。情感態(tài)度價(jià)值觀：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(lè)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。指導(dǎo)思想緊扣教學(xué)目標(biāo)，用兩個(gè)課時(shí)的時(shí)間讓學(xué)生對(duì)光的粒子性有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。重 點(diǎn)光電效應(yīng)

2、的實(shí)驗(yàn)規(guī)律難 點(diǎn)愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義教學(xué)思路根據(jù)教學(xué)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生仔細(xì)觀察、結(jié)合以前學(xué)習(xí)知識(shí)綜合分析解釋實(shí)驗(yàn)規(guī)律，突出矛盾形成教學(xué)高潮。教學(xué)手段教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流，多媒體展示。主要資源常規(guī)教學(xué)用具、多媒體平臺(tái)、光電試驗(yàn)設(shè)備課時(shí)安排2個(gè)課時(shí)教學(xué)過(guò)程：1、引入回顧前面學(xué)習(xí)的光的干涉、衍射現(xiàn)象說(shuō)明光是電磁波，光的偏振現(xiàn)象進(jìn)一步說(shuō)明光還是橫波。19世紀(jì)60年代，麥克斯韋又從理論上確定了光的電磁波本質(zhì)。總結(jié)人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)的發(fā)展過(guò)程。上升到上一節(jié)牛頓對(duì)光粒子性的認(rèn)識(shí)，從而對(duì)光到底是波還是粒子產(chǎn)生疑問(wèn)引入新課。2、演示實(shí)驗(yàn)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線與不帶電的

3、驗(yàn)電器相連），使驗(yàn)電 器張角增大到約30度時(shí)，再用與絲綢磨擦過(guò)的玻璃棒去靠近鋅板。教師提問(wèn)：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是什么？說(shuō)明了什么問(wèn)題？學(xué)生：驗(yàn)電器的指針張角會(huì)變得更大。學(xué)生：表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電。學(xué)生回答問(wèn)題時(shí)可能產(chǎn)生不同的東西，此時(shí)教師應(yīng)該有所準(zhǔn)備，及時(shí)發(fā)現(xiàn)閃光點(diǎn)。概念：在光(包括不可見(jiàn)光)的照射下，從物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。發(fā)射出來(lái)的電子叫做光電子。3、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律（1）光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)儀器說(shuō)明教師：各部分實(shí)驗(yàn)設(shè)施作用可能是什么？學(xué)生：回答（視情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)）對(duì)學(xué)生以前所學(xué)知識(shí)的靈活應(yīng)用要求較高實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察光線經(jīng)石英窗照在陰極上，便有電子逸出光電子。光電子在電場(chǎng)作用下形成

4、光電流。將換向開(kāi)關(guān)反接，電場(chǎng)反向，則光電子離開(kāi)陰極后將受反向電場(chǎng)阻礙作用。當(dāng) K、A 間加反向電壓，光電子克服電場(chǎng)力作功，當(dāng)電壓達(dá)到某一值 Uc 時(shí)，光電流恰為0。 Uc稱遏止電壓。根據(jù)動(dòng)能定理，有教師：觀察到什么現(xiàn)象？學(xué)生：根據(jù)自己觀察回答現(xiàn)象。（2）光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律 光電流與光強(qiáng)的關(guān)系飽和光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比。 截止頻率c 極限頻率對(duì)于每種金屬材料，都相應(yīng)的有一確定的截止頻率c 。當(dāng)入射光頻率c 時(shí)，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率 c時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)多大也無(wú)電子逸出金屬表面。 光電效應(yīng)是瞬時(shí)的。從光開(kāi)始照射到光電子逸出所需時(shí)間10-9s。（3）用光的波動(dòng)理論解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象教師：請(qǐng)

5、用光的波動(dòng)性理論解釋觀察到的光電效應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行解釋。學(xué)生分三組進(jìn)行討論，分別解釋其中的三個(gè)實(shí)驗(yàn)規(guī)律。學(xué)生回報(bào)解釋結(jié)果（結(jié)果不硬性規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)答案，學(xué)生自由回答）教師點(diǎn)評(píng)結(jié)果，分析突出波動(dòng)理論解釋光電效應(yīng)出現(xiàn)的矛盾，將課堂推向高潮，師生形成必須要一種新的觀點(diǎn)或理論來(lái)解釋光電效應(yīng)規(guī)律，順理成章的進(jìn)入下一部分。經(jīng)典理論認(rèn)為，按照經(jīng)典電磁理論，入射光的光強(qiáng)越大，光波的電場(chǎng)強(qiáng)度的振幅也越大，作用在金屬中電子上的力也就越大，光電子逸出的能量也應(yīng)該越大。也就是說(shuō)，光電子的能量應(yīng)該隨著光強(qiáng)度的增加而增大，不應(yīng)該與入射光的頻率有關(guān)，更不應(yīng)該有什么截止頻率。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明：飽和電流不僅與光強(qiáng)有關(guān)而且與頻率有關(guān)，光電子

6、初動(dòng)能也與頻率有關(guān)。只要頻率高于極限頻率，即使光強(qiáng)很弱也有光電流；頻率低于極限頻率時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)再大也沒(méi)有光電流。光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性。而經(jīng)典認(rèn)為光能量分布在波面上，吸收能量要時(shí)間，即需能量的積累過(guò)程。為了解釋光電效應(yīng)，愛(ài)因斯坦在能量子假說(shuō)的基礎(chǔ)上提出光子理論，提出了光量子假設(shè)。3、愛(ài)因斯坦的光量子假設(shè)（1）內(nèi)容光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)以能量為h的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時(shí)也是如此。也就是說(shuō)，頻率為 的光是由大量能量為 E =h的光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速 c 運(yùn)動(dòng)。（2）愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程在光電效應(yīng)中金屬中的電子吸收了光子的能量，一部分消耗在電子逸出功W0，另一部分變?yōu)楣怆?/p>

7、子逸出后的動(dòng)能 Ek 。由能量守恒可得出：W0為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功Wk為光電子的最大初動(dòng)能。（3）愛(ài)因斯坦理論對(duì)觀點(diǎn)效應(yīng)規(guī)律的解釋教師：請(qǐng)同學(xué)用愛(ài)因斯坦理論對(duì)觀點(diǎn)效應(yīng)規(guī)律進(jìn)行解釋。學(xué)生回答，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。光強(qiáng)大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。電子只要吸收一個(gè)光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時(shí)間的累積。 從方程可以看出光電子初動(dòng)能和照射光的頻率成線性關(guān)系從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動(dòng)能為零時(shí)，可得極限頻率：愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因?yàn)樗耆`背了光的波動(dòng)理論。美國(guó)物理學(xué)家密立根，花了十年時(shí)間做了“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，結(jié)果在19

8、15年證實(shí)了愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，h 的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。由于愛(ài)因斯坦提出的光子假說(shuō)成功地說(shuō)明了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過(guò)著名的油滴實(shí)驗(yàn)，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。4、光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用（1）光控繼電器可以用于自動(dòng)控制，自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)跟蹤等。（2）光電倍增管可對(duì)微弱光線進(jìn)行放大，可使光電流放大105108倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。5、康普頓效應(yīng)（1）光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射

9、。（2）康普頓效應(yīng)1923年康普頓在做 X 射線通過(guò)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長(zhǎng)相同的射線外，還有比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線，其波長(zhǎng)的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長(zhǎng)和散射物質(zhì)都無(wú)關(guān)。（3）康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律：按經(jīng)典電磁理論：如果入射X光是某種波長(zhǎng)的電磁波，散射光的波長(zhǎng)是不會(huì)改變的！散射中出現(xiàn)的現(xiàn)象，稱為康普頓散射。（4）經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時(shí)遇到的困難根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過(guò)物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng)，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。無(wú)法解釋波長(zhǎng)改變和散射角的關(guān)系。（5）光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)。 若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個(gè)原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論， 碰撞前后光子能量幾乎不變，波長(zhǎng)不變。因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長(zhǎng)改變和散射角有關(guān)。（6）康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè)；首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”的假設(shè)；證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的（7）光子的能量和動(dòng)量說(shuō)明：動(dòng)量能量是描述粒子的，頻率和波長(zhǎng)則是用來(lái)描述波的6、課堂小結(jié)（1）光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)觀察應(yīng)該如何進(jìn)行？