高中物理-光電效應(yīng)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)】光電效應(yīng)_物理_高中_1、引入：幻燈片展示光電效應(yīng)的三個諾貝爾物理學(xué)獎項(xiàng)。（得主照片與簡介）光電效應(yīng)最先由赫茲發(fā)現(xiàn)，他的學(xué)生勒納德對光電效應(yīng)的研究卓有成效并獲1905年諾貝爾物理學(xué)獎，愛因斯坦提出光子說從理論上成功解決光電效應(yīng)面臨的難題并因此獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎，美國物理學(xué)家密立根通過精確實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了愛因斯坦理論，并獲1923年諾貝爾物理學(xué)獎。光電效應(yīng)的科學(xué)之光經(jīng)眾多物理學(xué)獎前赴后繼，三十年努力求索，在物理學(xué)史上成為絢麗奪目的篇章……（通過展示光電效應(yīng)的三個物理學(xué)獎項(xiàng)引起學(xué)生對光電效應(yīng)一探究竟的學(xué)習(xí)動機(jī)）(2’)2、視頻演示實(shí)驗(yàn)：X光照射鋅板演示光電效應(yīng)現(xiàn)象。觀察現(xiàn)象，通過階梯形、邏輯性提問引發(fā)思考。提問如下：：這個是什么儀器？（指著驗(yàn)電器問）：這個儀器有什么用？：現(xiàn)在驗(yàn)電器金屬箔張開說明了什么？：那么驗(yàn)電器為什么帶電呢？與之前弧光燈不照射金屬箔不張開對比，引導(dǎo)學(xué)生分析出正是因?yàn)榛」鉄舻恼丈洌\板發(fā)射出電子自身帶上了正電。（此處可設(shè)問這種現(xiàn)象與靜電感應(yīng)有何區(qū)別？）引導(dǎo)學(xué)生用自己的話描述光電效應(yīng)現(xiàn)象，從而引出光電效應(yīng)概念：物體在光的照射下發(fā)射電子的現(xiàn)象叫光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子叫光電子。（學(xué)生將了解并可以識別光電效應(yīng)）光電效應(yīng)是一個奇特的現(xiàn)象，有很多科學(xué)家對這個現(xiàn)象進(jìn)行了研究，包括上面三位諾貝爾物理學(xué)獎得主，那么，如果是你，你會怎么去探究光電效應(yīng)的規(guī)律呢？(5’)提問：我們從初中開始以及高中三年學(xué)過的實(shí)驗(yàn)探究的方法有哪些？（控制變量法，對比試驗(yàn)，轉(zhuǎn)化法等）引導(dǎo)學(xué)生分析，要探究光電效應(yīng)，首先需要讓光電效應(yīng)再生，也就是需要光電效應(yīng)的發(fā)生裝置（比如上述弧光燈照射鋅板就是一個發(fā)生裝置，但要定量探究還須改進(jìn)）——>光電效應(yīng)現(xiàn)象看不到摸不著，必須轉(zhuǎn)化為可測量的量去研究它(轉(zhuǎn)化法)——>光電效應(yīng)既然有電子發(fā)射出來，那么可以從電子的角度去研究，與電子有關(guān)的量有什么呢，比如電流，如果要研究電流，就必須要有一個電路。好了，這是我們的推斷，那么接下來我們?nèi)タ纯从捎趯怆娦?yīng)卓有成效地研究而獲得諾貝爾物理學(xué)獎的勒納德是怎么樣探究的。（直接原因分析法）3、勒納德實(shí)驗(yàn)探究光電效應(yīng)規(guī)律?；脽羝故纠占{德研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置：（書上的實(shí)驗(yàn)電路圖就是這個的簡化）針對實(shí)驗(yàn)電路圖，簡單介紹實(shí)驗(yàn)儀器：光電管——產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象裝置其余部分——定量測定由于光電效應(yīng)產(chǎn)生的電流（與我們剛才的推斷是一樣的，學(xué)生會由于與物理學(xué)家的歷史共鳴獲得一種喜悅感）并進(jìn)行如下提問：此電路圖采用何種接法？（分壓法）分壓法有什么優(yōu)點(diǎn)？（可以控制用電器兩端電壓從零開始變化，電壓調(diào)節(jié)范圍大）（這里回顧選修3-1恒定電流的知識，引導(dǎo)學(xué)生明白物理知識間的聯(lián)系與物理探究所需的知識儲備）提問：①不同顏色的光，即不同頻率的光照射靈敏電流計(jì)的示數(shù)是否會變化呢？②有的話要用到哪種探究方法？（控制變量法）③在這個裝置中加在光電管兩端的電壓是否會影響靈敏電流計(jì)的示數(shù)呢？4視頻展示實(shí)驗(yàn)操作及其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)操作（1）：用一定的頻率和強(qiáng)度的單色光照射陰極K，滑動變阻器從最左端慢慢向右滑動（即從零開始改變加在A和K兩極間的電壓U），測量光電流I的變化并記錄數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象①：隨著電壓的增大光電流也增大，但是電壓增大到一定值的時(shí)候，光電流達(dá)到一個最大值。根據(jù)這個實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生畫出光電管的伏安特性曲線。如圖2（橫軸為虛線是因?yàn)榍€是否過原點(diǎn)還未確定）圖2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象②：滑動變阻器觸點(diǎn)在最左端，即U=0時(shí)，光電流并不為0，而且還是同向偏轉(zhuǎn)。引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)此現(xiàn)象修正圖2得到圖3（這里故意將這兩個實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分開展示，是因?yàn)閷W(xué)生總是先注意到曲線的趨勢再關(guān)心曲線的一些特殊點(diǎn)，也起到對于曲線是否過原點(diǎn)的強(qiáng)調(diào)作用）：圖3根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提問，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析與解釋：為什么U=0的時(shí)候光電流并不為0？引導(dǎo)學(xué)生分析原因，電流形成的原因是電荷的定向移動（這里是光電子），說明了當(dāng)U=0時(shí)，有光電子從K板（陰極）運(yùn)動到了A板（陽極）→說明離開K板（陰極）時(shí)，光電子具有動能（此處不講速度，是因?yàn)榇罅抗怆娮与x開陰極表面的速度沿各個方向，且在兩極之間作平拋或者斜拋或者直線運(yùn)動，從能量角度研究比較方便）。那么怎樣才能使得光電流變?yōu)?呢？引導(dǎo)學(xué)生分析，光電流變?yōu)?→光電子無法到達(dá)（A板）陽極→光電子到達(dá)陽極前動能已經(jīng)變?yōu)榱?，臨界條件是恰好變?yōu)?→加上反向電壓。（這一步分析順理成章，得出加反向電壓這個操作并不突兀，有助于學(xué)生創(chuàng)新思維的鍛煉，而且所謂創(chuàng)新并非天馬行空，而是有堅(jiān)實(shí)的依據(jù)與嚴(yán)密的邏輯，體現(xiàn)了直接原因推理法的有效性）承接剛才的分析展示實(shí)驗(yàn)操作（2）：滑動變阻器觸點(diǎn)回到最左端，兩個單刀雙擲開關(guān)分別打到另一觸點(diǎn)（即加上反向電壓），調(diào)節(jié)滑動變阻器，待電流計(jì)示數(shù)為零時(shí)，記錄電壓表示數(shù)Uc。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象③：在同一頻率同一強(qiáng)度的光照射下，當(dāng)反向電壓為調(diào)節(jié)到一定值Uc時(shí)（遏止電壓），光電流恰好為零，且繼續(xù)增大電壓，光電流仍為0。引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象修正伏安特性曲線，如圖4：圖4提問：好，現(xiàn)在完成了在同一頻率同種強(qiáng)度光照射下的光電管的伏安特性曲線，下面該做什么呢？（控制變量法）采用不同頻率不同強(qiáng)度的單色光照射重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)操作，并匯出光電管的伏安特性曲線，如圖5，6，且得到遏止電壓與入射光頻率間的關(guān)系，如圖7：圖5不同光強(qiáng)不同頻率圖6圖7入射光頻率與遏止電壓的線性關(guān)系引導(dǎo)學(xué)生用語言描述圖5，6，7所蘊(yùn)含的信息。（學(xué)生對于物理圖像的信息提取能力、語言表達(dá)能力得到練習(xí)與強(qiáng)化）評價(jià)學(xué)生的描述。我們來看下勒納德總結(jié)出的光電效應(yīng)四大實(shí)驗(yàn)規(guī)律（幻燈片展示）：（1）、存在飽和電流。飽和電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比。（2）、存在遏止電壓。光電子的最大初動能隨入射光頻率的增加而增加，與入射光光強(qiáng)無關(guān)

。（3）、存在極限頻率。對于每一種金屬，只有當(dāng)入射光頻率υ大于一定的頻率υc時(shí)，才會產(chǎn)生光電效應(yīng)

。頻率υc成為極限頻率。（4）、光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性

，這段時(shí)間不超過10-9s。提問：1，為什么飽和光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比？2，為什么光電子的最大初動能隨入射光頻率的增加而增加，與入射光光強(qiáng)無關(guān)

?3，為什么存在極限頻率？4，為什么光電效應(yīng)發(fā)生極短?5、愛因斯坦對光電效應(yīng)規(guī)律的理論解釋（這部分鼓勵學(xué)扮演愛因斯坦嘗試?yán)霉庾诱f與光電效應(yīng)方程進(jìn)行理論解釋，隨后表格展示四大規(guī)律的解釋）：對應(yīng)規(guī)律對規(guī)律的產(chǎn)生的解釋存在極限頻率νc電子從金屬表面逸出，首先必須克服金屬原子核的引力做功W0，要使入射光子的能量不小于W0，對應(yīng)的頻率νc＝W0/h，即極限頻率光電子的最大初動能隨著入射光頻率的增大而增大，與入射光強(qiáng)度無關(guān)（難點(diǎn)2）電子吸收光子能量后，一部分克服阻礙作用做功，剩余部分轉(zhuǎn)化為光電子的初動能，只有直接從金屬表面飛出的光電子才具有最大初動能，對于確定的金屬，W0是一定的，故光電子的最大初動能只隨入射光的頻率增大而增大（利用光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W0解釋）光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性光照射金屬時(shí)，電子吸收一個光子的能量后，動能立即增大，克服引力做功，逸出金屬表面，不需要能量積累的過程光較強(qiáng)時(shí)飽和電流大光較強(qiáng)時(shí)，包含的光子數(shù)較多，照射金屬時(shí)產(chǎn)生的光電子較多，因而飽和電流較大（難點(diǎn)1光強(qiáng)的理解）光電效應(yīng)的圖像：圖8任何物理理論的建立都必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，那么是誰第一個驗(yàn)證了愛因斯坦的光電方程呢？6、密立根精確實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證光電效應(yīng)方程（幻燈片展示）1916年，美國物理學(xué)家密立根（R.A.MilliKan,美，1868－1953）的精確實(shí)驗(yàn)證實(shí)了愛因斯坦的光電方程。非常有趣的是密立根的精確的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了愛因斯坦光電方程的正確性，卻是完全與他預(yù)料的相反，密立根一直對愛因斯坦的光電子假設(shè)持保留態(tài)度。他說：“經(jīng)過十年之久的試驗(yàn)、變換和學(xué)習(xí)，有時(shí)甚至還要出差錯，在這之后，我把一切努力從一開始就針對光量子發(fā)射能量的精密測量，測量它隨溫度、波長、材料（接觸電勢差）改變的函數(shù)的關(guān)系。與我自己的預(yù)料相反，這項(xiàng)工作終于在1914年成了愛因斯坦方程式在很小實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)精確有效的第一次直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)，并且第一次直接從光電效應(yīng)測普朗克常量h，所得精度大約為0.5%，這是當(dāng)時(shí)所能得到的最佳值”。密立根在事實(shí)面前服從真理，反過來宣布愛因斯坦的光電方程完全得到證實(shí)，這是很值得后人學(xué)習(xí)的。由于他對光電效應(yīng)及測量基元電荷的出色研究，因而獲得了1923年諾貝爾物理學(xué)獎。（此處幻燈片展示密立根實(shí)驗(yàn)裝置，并作簡要介紹，學(xué)生扮演密立根朗讀他的臺詞，將體會到物理學(xué)家追求真理的艱辛與毅力，感受他們堅(jiān)定的唯物主義觀念）當(dāng)堂檢測10分鐘同桌相互批改8、課堂小結(jié)【學(xué)情分析】光電效應(yīng)_物理_高中_本課學(xué)習(xí)主體是高三學(xué)生。學(xué)生雖然已經(jīng)學(xué)習(xí)過光譜、光的干涉、衍射內(nèi)容與普朗克關(guān)于黑體輻射的能量子假說，然而由于高三教學(xué)在這一節(jié)往往重視結(jié)論型陳述、輕視物理探究史實(shí)際和邏輯推理，導(dǎo)致學(xué)生這一部分知識一知半解，很快遺忘；學(xué)生數(shù)學(xué)與物理結(jié)合的思想較差，缺少思考、鉆研的主動性。學(xué)生急需找到一種適合這部分知識總結(jié)推理的主線。綜上分析，學(xué)生有必要從知識上、邏輯上、情感上對光電效應(yīng)，光子說與量子物理基礎(chǔ)有一個修正性的認(rèn)識，對物理學(xué)習(xí)的興趣、態(tài)度、方法進(jìn)一步發(fā)生改變?！拘Ч治觥抗怆娦?yīng)_物理_高中_一、教師方面1、教學(xué)準(zhǔn)備到位精細(xì)，素材豐富，可操作性較強(qiáng)。2、教學(xué)目標(biāo)的確立。不是照搬教參目標(biāo)，而是有機(jī)整合，適合學(xué)情。努力達(dá)成了教學(xué)目標(biāo)，滲透了物理學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)。3、教學(xué)內(nèi)容的處理。從學(xué)生基礎(chǔ)，最近發(fā)展區(qū)，結(jié)構(gòu)到性質(zhì)的過渡出發(fā)，按照一般到個別、個別到一般的認(rèn)知規(guī)律，挖掘各欄目的使用價(jià)值，創(chuàng)造性的利用教材。4、教學(xué)的實(shí)施。創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，有圖片、視頻、實(shí)物等等，引起學(xué)生的視覺沖擊力。而且注重學(xué)科特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)動腦、動口。從觀念進(jìn)行引領(lǐng)。讓知識系統(tǒng)化。5、教學(xué)模式進(jìn)一步得到了錘煉。6、注重評價(jià)。評價(jià)目標(biāo)多元化，方式多樣化。充分鼓勵激勵學(xué)生，致力于挖掘?qū)W生潛能、斗志。二、學(xué)生方面教學(xué)目標(biāo)達(dá)成。學(xué)生不僅掌握了知識，而且情感價(jià)值觀也得到了培養(yǎng)。學(xué)生主動參與教學(xué)活動，積極思考，認(rèn)真發(fā)表自己的觀點(diǎn)。與老師形成學(xué)習(xí)共同體，平等交流。整節(jié)課以學(xué)生探究為主線，突出了學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)的學(xué)習(xí)方法。通過學(xué)生討論交流，不但加深了學(xué)生對本節(jié)知識的理解，還培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究的思想和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。以諾貝爾獎引入新課，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，吸引了學(xué)生的注意力。對學(xué)生進(jìn)行了價(jià)值觀、人生觀教育，要做一個有理想的人，對社會有價(jià)值的人。課堂設(shè)計(jì)以問題為中心（“問”為中心。知識問題化、問題知識化，讓課堂充滿問題很容易、讓問題充滿思考不容易）；以“互學(xué)、展學(xué)、點(diǎn)學(xué)”為主線；（“學(xué)”為主線）以效率(知識立意）、效果（內(nèi)容與形式的結(jié)合）、效益（綜合目標(biāo)的集合、學(xué)科育人功能的發(fā)揮、情感態(tài)度價(jià)值觀的引領(lǐng)、追求有文化的課堂）為目標(biāo)，追求效率最大化、效果最佳化、效益最優(yōu)化。問題層次感強(qiáng)，從學(xué)生反映情況看，可以說大部分同學(xué)掌握了本節(jié)課主干知識，真正實(shí)現(xiàn)了效果最佳化?？傊?，本課的教學(xué)很好的完成了教學(xué)目標(biāo)，真正實(shí)現(xiàn)了教學(xué)相長?！窘滩姆治觥抗怆娦?yīng)_物理_高中_本課題為普通高中魯科版物理選修3-5第5章波與粒子第一節(jié)內(nèi)容。是光的粒子性的第一塊內(nèi)容。在選修3-4中，學(xué)生先學(xué)習(xí)光的波動性，而在本節(jié)中，學(xué)生將學(xué)習(xí)光的粒子性的證據(jù)：光電效應(yīng)現(xiàn)象及其解釋理論——光電效應(yīng)方程。本課教材蘊(yùn)含著十分豐富的教學(xué)內(nèi)容：在知識方面，本課內(nèi)容作為后牛頓物理兩大支柱之一——量子理論的入門，涉及到量子物理最基礎(chǔ)的內(nèi)容，也是量子物理與經(jīng)典物理學(xué)的重要銜接；同時(shí)本課還有著濃厚的物理學(xué)科文化積淀，有物理學(xué)史、科學(xué)方法、、科學(xué)精神、辯證唯物主義思想、創(chuàng)新意識等人文精神教育題材。教材在知識陳述上較為淺顯直接，而關(guān)于這些知識的“背景”，則是相當(dāng)豐滿、承賦人文，為實(shí)施“科學(xué)的人文教育價(jià)值”提供了很大的空間?！驹u測練習(xí)】光電效應(yīng)_物理_高中_1．如圖所示，鋅板與驗(yàn)電器相連，用紫外線燈照射鋅板，發(fā)現(xiàn)驗(yàn)電器指針張開一個角度，則()A．鋅板帶正電，驗(yàn)電器帶負(fù)電B．鋅板帶正電，驗(yàn)電器帶正電C．若改用紅外線照射，驗(yàn)電器指針仍張開D．若改用紅外線照射，驗(yàn)電器指針不會張開1.解析：用紫外線照射鋅板，發(fā)生光電效應(yīng)，鋅板發(fā)射光電子，故鋅板帶正電，鋅板上的正電荷將驗(yàn)電器上的負(fù)電荷吸引過來，驗(yàn)電器帶正電，A錯誤，B正確；若改用紅外線照射，紅外線的頻率低于鋅的截止頻率，不會發(fā)生光電效應(yīng)，C錯誤，D正確。答案：B、D2．某單色光照射某金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則下述措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是()A．延長光照時(shí)間B．增大光的強(qiáng)度C．換用波長較短的光照射D．換用頻率較低的光照射3.解析：光照射金屬時(shí)能否產(chǎn)生光電效應(yīng)，取決于入射光的頻率是否大于金屬的極限頻率，與入射光的強(qiáng)度和照射時(shí)間無關(guān)，故A、B、D選項(xiàng)均錯誤；又因ν＝eq\f(c,λ)，所以C選項(xiàng)正確。答案：C3．用綠光照射一光電管，能產(chǎn)生光電效應(yīng)，欲使光電子從陰極逸出時(shí)的最大初動能增加，則應(yīng)()A．改用紅光照射B．增大綠光的強(qiáng)度C．增大光電管上的加速電壓D．改用紫光照射解析：由愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek＝eq\f(1,2)mv2＝hν－W0知，光電子的最大初動能僅與入射光的頻率有關(guān)，故僅D選項(xiàng)正確。答案：D4．某種單色光的頻率為ν，用它照射某種金屬時(shí)，在逸出的光電子中動能最大值為Ek，則這種金屬逸出功和極限頻率分別是()A．hν－Ek，ν－eq\f(Ek,h)B．Ek－h(huán)ν，ν＋eq\f(Ek,h)C．hν＋Ek，ν－eq\f(h,Ek)D．Ek＋hν，ν＋eq\f(h,Ek)解析：由光電效應(yīng)方程Ek＝hν－W得W＝hν－Ek，而W＝hν0，則ν0＝eq\f(W,h)＝eq\f(hν－Ek,h)＝ν－eq\f(Ek,h)，故A正確。答案：A【課后反思】光電效應(yīng)_物理_高中_高中物理設(shè)置光電效應(yīng)一節(jié)，主要目的不是讓學(xué)生獲知或者認(rèn)識光電效應(yīng)這一現(xiàn)象，而是讓學(xué)生體驗(yàn)——解釋物理現(xiàn)象的過程中推動了物理理論的發(fā)展，而且理論發(fā)展的關(guān)鍵是觀念的更新——自然學(xué)科的發(fā)展規(guī)律。本節(jié)學(xué)習(xí)的始點(diǎn)是了解光電效應(yīng)這一現(xiàn)象及其特定實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)規(guī)律；問題的歸宿是新舊觀念對光電效應(yīng)的解釋對比，從而進(jìn)一步論證新觀念的廣泛性。本節(jié)課，新概念多且抽象、概念之間的關(guān)系緊密又復(fù)雜，又要引導(dǎo)同學(xué)們以新舊兩種觀念分析同一問題，在比較中體驗(yàn)新觀念的意義，理解物理理論的發(fā)展規(guī)律、領(lǐng)會自然科學(xué)的發(fā)展觀。這樣的教學(xué)特點(diǎn)和目標(biāo)，在客觀上就加大了本節(jié)課的授課難度。教學(xué)中引導(dǎo)同學(xué)們以能量連續(xù)性（和積累性）觀念和