高中物理-2 光的粒子性教學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)情分析教材分析課后反思

教學(xué)設(shè)計(jì)導(dǎo)入光究竟是什么？最初牛頓認(rèn)為光是一種微粒，惠更斯認(rèn)為光是一種波，二者都各自能解釋一些現(xiàn)象，由于牛頓在學(xué)術(shù)界的地位，而波動(dòng)學(xué)說(shuō)又缺少有力的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，人們傾向于光是一種粒子的看法。直到發(fā)現(xiàn)了光的干涉、衍射這一波特有的現(xiàn)象之后，人們才開(kāi)始從波的角度研究光。麥克斯韋提出光是一種電磁波，并建立了完善的電磁場(chǎng)理論，光的波動(dòng)理論似乎很完美了。而這節(jié)課探討光的粒子性，那首先要從光電效應(yīng)入手?！緦?shí)驗(yàn)演示】介紹試驗(yàn)器材，然后演示，引導(dǎo)學(xué)生觀察驗(yàn)電器指針偏轉(zhuǎn)情況?！締l(fā)猜想】為什么用紫外線燈照射金屬板會(huì)引發(fā)驗(yàn)電器的指針偏轉(zhuǎn)？為什么改用紅光不能照射出電子？新課教學(xué)一、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律教學(xué)【講解】我們剛才做的實(shí)驗(yàn)是科學(xué)史上一個(gè)非常重要的實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的焦點(diǎn)就在于“為什么用紅光打不出電子”，科學(xué)家將實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，得到了很多出人意料的規(guī)律。學(xué)生總結(jié)光電效應(yīng)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)裝置，介紹實(shí)驗(yàn)原理?！咎釂?wèn)】為什么要加正向電壓？不加正向電壓電路中有電流么？光束照在陰極上會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，但只有極少的電子能到達(dá)樣機(jī)，電路中電流很小。加了正向電壓后，大量的電子在電場(chǎng)力的作用下向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，形成較大電流?！咎釂?wèn)】保持光照條件不變，逐漸加大兩極之間的電壓，大家分析電流會(huì)怎么變化？[引導(dǎo)分析]根據(jù)電場(chǎng)力知識(shí)會(huì)得到電流增大的結(jié)論。引導(dǎo)看書(shū)：存在飽和電流：對(duì)于一定顏色的光，入射光越強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的電子數(shù)越多?！局v解】當(dāng)所加電壓為0時(shí)，電流并不為0，只有施加反射電壓，在光電管兩極間形成使電子減速的電場(chǎng)，這時(shí)電流才可能為0.使光電流減小到0的反向電壓稱為遏止電壓?！咎釂?wèn)】對(duì)剛才的實(shí)驗(yàn)，加了遏止電壓后，如果再增大入射光的強(qiáng)度，電路中會(huì)有光電流么？[引導(dǎo)分析]入射光越強(qiáng)，電子吸收的能量越多，電子跑出來(lái)的動(dòng)能也越大，剛才這個(gè)電壓就不能遏止住了?！局v解】科學(xué)家經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：此時(shí)無(wú)論入射光的強(qiáng)度增大到多少，都沒(méi)有光電流產(chǎn)生。光電子的能量只與入射波頻率有關(guān)。引導(dǎo)看書(shū)：截止頻率【分析】實(shí)驗(yàn)結(jié)果是射出的光電子的能量與入射光的強(qiáng)度沒(méi)有關(guān)系，只與其頻率有關(guān)。[引導(dǎo)猜測(cè)]電子是怎樣吸收入射光的能量的呢？【提問(wèn)】如果入射光的頻率超過(guò)截止頻率，做兩次實(shí)驗(yàn)，第一次用很弱的光照射，第二次用很強(qiáng)的光照射，請(qǐng)問(wèn)那一次光電子出來(lái)時(shí)間長(zhǎng)？引導(dǎo)看書(shū)：效應(yīng)具有瞬時(shí)性二、光電效應(yīng)中的疑難教學(xué)[引導(dǎo)看書(shū)]光電效應(yīng)解釋中的疑難—逸出功【總結(jié)】同學(xué)們根據(jù)自己已有的知識(shí)對(duì)光電效應(yīng)可能發(fā)生的現(xiàn)象進(jìn)行了猜測(cè)和分析，我們發(fā)現(xiàn)我們的推測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果大相徑庭，是我們學(xué)的知識(shí)錯(cuò)了還是面對(duì)新的實(shí)驗(yàn)事實(shí)應(yīng)該建立新的理論呢？科學(xué)家是怎么面對(duì)的呢？[引導(dǎo)看書(shū)]愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程【講解】愛(ài)因斯坦一輩子很少做試驗(yàn)，他是一個(gè)偉大的理論物理學(xué)家，但他非常尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)，當(dāng)理論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)矛盾時(shí)，他傾向?qū)嶒?yàn)。為了解釋光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，他接受并發(fā)展了普朗克都惶恐的能量子觀點(diǎn)，提出了光子說(shuō)，從而成功地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律?！咎釂?wèn)】愛(ài)因斯坦是如何用光子說(shuō)成功解釋光電效應(yīng)規(guī)律的？引導(dǎo)學(xué)生看書(shū)總結(jié)。學(xué)情分析相對(duì)于初中學(xué)生，高中學(xué)生在感知方面更加具有目標(biāo)性、系統(tǒng)性，他們能自覺(jué)配合教學(xué)工作展開(kāi)，在思維上已經(jīng)由形象思維向抽象思維過(guò)度，但還沒(méi)有完全形成抽象思維。學(xué)生們通過(guò)之前的學(xué)習(xí)，已經(jīng)了解了微觀世界與宏觀世界的不同，但畢竟是新接觸的知識(shí)理論，學(xué)生理解起來(lái)有一定的困難。在解決疑難問(wèn)題時(shí)，學(xué)生容易沉浸在經(jīng)典物理的思維，難以向量子的思維靠攏。因此在解決問(wèn)題時(shí)要多用問(wèn)題的方式引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，養(yǎng)成合作能力。效果分析本節(jié)內(nèi)容比較難講，因此以實(shí)驗(yàn)演示引入，在引入階段讓學(xué)生充分討論兩個(gè)問(wèn)題：“為什么在紫外線的照射下鋅板中的自由電子會(huì)跑出來(lái)呢？”“為什么用紅光照射鋅板打不出電子？”這樣的引入激發(fā)了學(xué)生的興趣，。光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律部分是激發(fā)學(xué)生想象力的關(guān)鍵，不能簡(jiǎn)單地將知識(shí)灌輸給學(xué)生，“存在飽和電流、遏止電壓、截至頻率、效應(yīng)的瞬時(shí)性”每一個(gè)問(wèn)題都讓學(xué)生從已有的知識(shí)出發(fā)去探討，再和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，學(xué)生會(huì)真切感受到經(jīng)典理論的局限性和光電效應(yīng)的神奇性，增強(qiáng)教學(xué)效果。有了前面的鋪墊，愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋便呼之欲出，順利成章了。整個(gè)設(shè)計(jì)以貫穿三維目標(biāo)為基調(diào)，以培養(yǎng)學(xué)生想象了為主軸，以教材知識(shí)線索為主線。教材分析:本節(jié)知識(shí)由光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律、光電效應(yīng)解釋中的疑難、愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程、康普頓效應(yīng)和光子的動(dòng)量五部分組成，內(nèi)容較多，難度也較大，教材把這些內(nèi)容放在一節(jié)里，是希望通過(guò)這一節(jié)的學(xué)習(xí)能讓學(xué)生對(duì)光子有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。本節(jié)知識(shí)也是本章的重點(diǎn)內(nèi)容。光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)是認(rèn)識(shí)光的粒子性的重要依據(jù)，愛(ài)因斯坦用量子思想對(duì)光電效應(yīng)的解釋是科學(xué)轉(zhuǎn)折的重大信號(hào)，更多的科學(xué)家開(kāi)始關(guān)注普朗克提出的量子觀點(diǎn)，并開(kāi)創(chuàng)了新的局面。評(píng)測(cè)練習(xí)1．在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來(lái)不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針張開(kāi)了一個(gè)角度，如圖所示，這時(shí)()A。鋅板帶正電，指針帶負(fù)電B．鋅板帶正電，指針帶正電C．鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電D．鋅板帶負(fù)電，指針帶正電2．利用光子說(shuō)對(duì)光電效應(yīng)的解釋，下列說(shuō)法正確的是()A．金屬表面的一個(gè)電子只能吸收一個(gè)光子B．電子吸收光子后一定能從金屬表面逸出，成為光電子C．金屬表面的一個(gè)電子吸收若干個(gè)光子，積累了足夠的能量才能從金屬表面逸出D．無(wú)論光子能量大小如何，電子吸收光子并積累了能量后，總能逸出成為光電子3．光電效應(yīng)的規(guī)律中，經(jīng)典波動(dòng)理論不能解釋的有()A。入射光的頻率必須大于被照射金屬的極限頻率時(shí)才能產(chǎn)生光電效應(yīng)B．光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大C入射光照射到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，一般不超過(guò)10—9sD．當(dāng)入射光頻率大于極限頻率時(shí)，光電子數(shù)目與入射光強(qiáng)度成正比4．如圖所示，電路中所有元件完好，但光照射到光電管上，靈敏電流計(jì)中沒(méi)有電流通過(guò)，其原因可能是()A。入射光太弱B．入射光波長(zhǎng)太長(zhǎng)C．光照時(shí)間短D。電源正負(fù)極接反5．用不同頻率的紫外線分別照射鎢和鋅的表面而產(chǎn)生光電效應(yīng)，可得到光電子最大初動(dòng)能Ek隨入射光頻率v變化的Ek—v圖象，已知鎢的逸出功是3．28eV，鋅的逸出功是3．34eV，若將兩者的圖象分別用實(shí)線與虛線畫在同一個(gè)Ek—v圖上，則下圖中正確的是()6．用綠光照射金屬鉀時(shí)恰能發(fā)生光電效應(yīng)，在下列情況下仍能發(fā)生光電效應(yīng)的是()A。用紅光照射金屬鉀，而且不斷增加光的強(qiáng)度B．用較弱的紫外線照射金屬鉀C。用黃光照射金屬鉀，且照射時(shí)間很長(zhǎng)D。只要入射光的波長(zhǎng)小于綠光的波長(zhǎng)，就可發(fā)生光電效應(yīng)7．在做光電效應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，，把某金屬板連在驗(yàn)電器上，第一次用弧光燈直接照射金屬板，驗(yàn)電器的指針張開(kāi)一個(gè)角度，第二次在弧光燈和金屬板之間插入一塊普通玻璃，再用弧光燈照射，驗(yàn)電器的指針不張開(kāi)。由此可以判定，使金屬板產(chǎn)生光電效應(yīng)的是弧光燈中的()A?？梢?jiàn)光成分B．紅外線成分C。無(wú)線電波成分D．紫外線成分8．下表給出了一些金屬材料的逸出功?，F(xiàn)用波長(zhǎng)為400nm的單色光照射上述材料，能產(chǎn)生光電效應(yīng)的材料最多有幾種(普朗克常量h=6．6x10—34j·s，光速c=3．0x108m／s)()A．2種B．3種C．4種D．5種9．已知金屬銫的逸出功為1．9eV，在光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，要使銫表面發(fā)出的光電子的最大動(dòng)能為1．0eV，則入射光的波長(zhǎng)應(yīng)為m。10．已知某金屬表面接受波長(zhǎng)為λ和2λ的單色光照射時(shí)，釋放出光電子的最大初動(dòng)能分別為30eV和10eV，求能使此種金屬表面產(chǎn)生光電效應(yīng)的入射光的極限波長(zhǎng)為多少?11．如圖所示，陰極K用極限波長(zhǎng)λ。=0．66μm的金屬銫制成的，用波長(zhǎng)λ=0．50μm的綠光照射陰極K，調(diào)整兩個(gè)極板電壓，當(dāng)A板電壓比陰極高出2．5V時(shí)，光電流達(dá)到飽和，電流表示數(shù)為0．64μA，求：(1)每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極時(shí)的最大初動(dòng)能；(2)如果把照射陰極綠光的光強(qiáng)增大為原來(lái)的2倍，每秒鐘陰極發(fā)射的光電子數(shù)和光電子飛出陰極的最大初動(dòng)能。課后反思本節(jié)內(nèi)容比較多而復(fù)雜，比較比較難講，因此本節(jié)課從實(shí)驗(yàn)演示引入，在引入階段讓學(xué)生充分討論兩個(gè)問(wèn)題：“為什么在紫外線的照射下鋅板中的自由電子會(huì)跑出來(lái)呢？”“為什么用紅光照射鋅板打不出電子？”這樣的引入激發(fā)了學(xué)生的興趣，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和好奇心，使課堂學(xué)習(xí)氛圍活躍。光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律部分不能簡(jiǎn)單地將知識(shí)灌輸給學(xué)生，“存在飽和電流、遏止電壓、截至頻率、效應(yīng)的瞬時(shí)性”每一個(gè)問(wèn)題都讓學(xué)生從已有的知識(shí)出發(fā)去探討，再和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，增強(qiáng)教學(xué)效果