4.2 光電效應(yīng) 說課講義人教版（2019）選擇性必修第三冊

光電效應(yīng)說課稿教材分析本課地位光電效應(yīng)選自2019年人教版物理教材選修三第四章原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性第2節(jié)。此前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電學(xué)電路基礎(chǔ)和普朗克黑體輻射理論，知道了能量不連續(xù)，本課的學(xué)習(xí)，實際上是引導(dǎo)學(xué)生通過光電效應(yīng)實驗更好地驗證光的粒子性和波動性，為進一步學(xué)習(xí)波粒二象性和原子結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)，也讓學(xué)生進一步意識到經(jīng)典力學(xué)和經(jīng)典電磁理論適用范圍的局限性，為建立量子力學(xué)概念作鋪墊。起到了承上啟下的作用。課標(biāo)解讀內(nèi)容要求教學(xué)提示學(xué)業(yè)要求根據(jù)課標(biāo)要求可知本節(jié)內(nèi)容一方面要讓學(xué)生通過光電效應(yīng)實驗掌握光電效應(yīng)實驗規(guī)律，另一方面要讓學(xué)生認識光及實物粒子的粒子性，能量量子化。因此，1.本節(jié)內(nèi)容應(yīng)注重實驗教學(xué)，讓學(xué)生通過實驗認識光電效應(yīng)的特點，注重實驗數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析，引導(dǎo)學(xué)生得到光電效應(yīng)圖像和截止頻率飽和電流等物理概念。。2.引導(dǎo)學(xué)生理解光電效應(yīng)實驗規(guī)律，為學(xué)習(xí)下一課時愛因斯坦光電理論和光電效應(yīng)方程做好鋪墊，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)推理能力。新舊教材對比

舊教材將此內(nèi)容放在選修3-5第十七章波粒二象性中，把光電效應(yīng)內(nèi)容融入在第二節(jié)光的粒子性里，并且舊教材學(xué)習(xí)脈絡(luò)清晰，從量子化--粒子性--波動性--概率波--不確定關(guān)系，標(biāo)題直接給出物理概念，直接了當(dāng)幫助學(xué)生構(gòu)建學(xué)習(xí)框架。新教材將光電效應(yīng)獨立成節(jié)，并且新教材注重引導(dǎo)，沒有直接給出將要學(xué)習(xí)的是什么，基本都是通過介紹實驗理論再步步引導(dǎo)出物理概念，對學(xué)生的分析能力有一定要求。二、學(xué)情分析知識基礎(chǔ)：此前學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了必部分修所有內(nèi)容和選修一二，掌握了電磁學(xué)電路基礎(chǔ)、能量守恒等相關(guān)知識，為光電效應(yīng)實驗奠定了基礎(chǔ)。能力基礎(chǔ)：高三學(xué)生已經(jīng)形成了一定的物質(zhì)觀、運動與相互作用觀、能量觀，并且數(shù)學(xué)能力也有很大提高，能夠使用不同方法和手段分析、處理信息，描述并解釋探究結(jié)果。思維特點：由于學(xué)習(xí)了三年物理，學(xué)生此時對經(jīng)典力學(xué)、電磁理論的定義、結(jié)論會有一定的固定印象，還是需要教師正確引導(dǎo)才能理解晦澀的原理推導(dǎo)。行為特征：高三學(xué)生容易焦慮，可能急于得到結(jié)論忽視推導(dǎo)過程，但是加以引導(dǎo)專注度會比低年級高。三、教學(xué)重難點（1）從實驗現(xiàn)象總結(jié)出光電效應(yīng)的特點和規(guī)律。（2）知道光子的粒子性，理解經(jīng)典理論在解釋光電效應(yīng)遇到的困難。教學(xué)目標(biāo)物理觀念：學(xué)生能夠形成對能量量子化、光電效應(yīng)規(guī)律的基本認識。理解經(jīng)典理論在解釋光電效應(yīng)遇到的困難，初步形成在宏觀微觀低速高速告訴下經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)適用性不同的物理觀念。科學(xué)思維：學(xué)生能夠分析與綜合實驗數(shù)據(jù)、推理與論證光電效應(yīng)實驗結(jié)論，敢于質(zhì)疑經(jīng)典理論。科學(xué)探究：學(xué)生能在觀察和實驗中發(fā)現(xiàn)問題，猜想光電效應(yīng)實驗結(jié)論，對于與經(jīng)典理論預(yù)期設(shè)想不同的實驗數(shù)據(jù)和結(jié)論提出問題，進行數(shù)據(jù)分析，查找證據(jù)證實觀點，與師生交流?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)生能夠從實驗得到結(jié)論，不迷信權(quán)威，質(zhì)疑經(jīng)典理論，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、實事求是的科學(xué)態(tài)度。經(jīng)歷完整的實驗探究過程，培養(yǎng)團結(jié)合作精神和協(xié)作意識。教學(xué)方法以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，讓教法引導(dǎo)學(xué)法，學(xué)法反饋于教法，在教師引導(dǎo)下，學(xué)生通過分組實驗自主探究交流討論得到實驗結(jié)論。教法：講授法、實驗法、問答法、討論法、閱讀法學(xué)法：自主學(xué)習(xí)，分組實驗合作探究。教學(xué)手段利用多媒體設(shè)備，課件，教科書，光電效應(yīng)實驗儀器進行教學(xué)，板書進行教學(xué)。七、教學(xué)程序?qū)胄抡n播放光電效應(yīng)的相關(guān)現(xiàn)象視頻，用視頻播放學(xué)生未曾見過的現(xiàn)象，吸引學(xué)生注意力，引出新課。講授新課光電效應(yīng)的實驗規(guī)律讓學(xué)生知道什么是光電效應(yīng)，什么是光電子用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線與不帶電的驗電器相連），使驗電器張角增大到約為30度時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗電器的指針張角會變大。表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電。當(dāng)光線（包括不可見光）照射在金屬表面時，金屬中有電子逸出的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)。逸出的電子稱為光電子。光電子定向移動形成的電流叫光電流。讓學(xué)生了解光電效應(yīng)實驗儀器思考1：在如圖所示的電路中靈敏電流計會有示數(shù)嗎？思考2：當(dāng)有光照射陰極K時回路中會有電流嗎？思考3：為什么要加正向電壓？不加正向電壓電路中有電流嗎？學(xué)生小組討論，解決問題。以問題的形式講解新知識，促進學(xué)生的交流，增強學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。對學(xué)生的回答內(nèi)容進行點評和歸納，總結(jié)出更符合問題題意的答案。分析解答：光束照在陰極K上會發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，但只有極少的電子能到達陽極A，電路中電流很小。加了正向電壓后，大量的電子在電場力的作用下向陽極運動，形成較大電流。（加正向電壓的目的是放大實驗效果，增強實驗“可見性”）。讓學(xué)生分析陰陽極間加速電場對研究光電流的作用（引出飽和電流概念）思考4：保持光照條件不變，逐漸加大兩極之間的電壓，大家分析光電流會怎樣變化？學(xué)生分析討論問題，根據(jù)思考問題總結(jié)實驗規(guī)律。（1）存在飽和電流光照不變，增大UAK，G表中電流達到某一值后不再增大，即達到飽和值。因為光照條件一定時，K發(fā)射的電子數(shù)目一定。實驗表明：入射光越強，飽和電流越大，單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)越多。學(xué)生通過對光電子的受力和運動情況分析，明確什么是遏止電壓。思考5：保持光照條件不變，對調(diào)電源的正負極，逐漸加大兩極之間的電壓，大家分析光電流會怎樣變化？(2)存在遏止電壓U=0時，I≠0，因為電子有初速度加反向電壓，如右圖所示：光電子所受電場力方向與光電子速度方向相反，光電子作減速運動。若則I=0，式中UC為遏止電壓讓學(xué)生明確截止頻率的概念。思考6：對剛才的實驗，加了遏止電壓后，如果再增大入射光的強度，電路中會有光電流嗎？減弱光的強度，遏止電壓會減小嗎？(3)存在截止頻率經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)：對于每種金屬，都相應(yīng)確定的截止頻率νc。當(dāng)入射光頻率ν>νc時，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率ν<νc時，無論光強多大也無電子逸出金屬表面。實驗表明:對于一定顏色(頻率)的光,無論光的強弱如何,遏止電壓是一樣的.光的頻率ν改變時，遏止電壓也會改變。光電子的能量只與入射光的頻率有關(guān)，與入射光的強弱無關(guān)。讓學(xué)生了解光電效應(yīng)的瞬時性。(4)具有瞬時性實驗結(jié)果：即使入射光的強度非常微弱，只要入射光頻率大于被照金屬的極限頻率，電流表指針也幾乎是隨著入射光照射就立即偏轉(zhuǎn)。更精確的研究推知，光電子發(fā)射所經(jīng)過的時間不超過10－9秒（這個現(xiàn)象一般稱作“光電子的瞬時發(fā)射”）。光電效應(yīng)在極短的時間內(nèi)完成。二.光電效應(yīng)解釋中的疑難引出“逸出功”的概念。思考7：人們知道，金屬中原子外層的電子會脫離原子而做無規(guī)則的熱運動。但在溫度不很高時，電子并不能大量逸出金屬表面，這是為什么呢?溫度不很高時，電子不能大量逸出，是由于受到金屬表面層的引力作用，電子要從金屬中掙脫出來，必須克服這個引力做功。使電子脫離某種金屬所做功的最小值，叫做這種金屬的逸出功。讓學(xué)生了解實驗結(jié)論與經(jīng)典波動理論的不符之處，當(dāng)光照射金屬表面時，電子會吸收光的能量。若電子吸收的能量超過逸出功，電子就能從金屬表面逸出，這就是光電子。光越強，逸出的電子數(shù)越多，光電流也就越大。這些結(jié)論與實驗相符。①光越強，光電子的初動能應(yīng)該越大，所以遏止電壓UC應(yīng)與光的強弱有關(guān)。②不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可獲得足夠能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率。③如果光很弱，按經(jīng)典電磁理論估算，電子需幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需的能量，這個時間遠遠大于10-9S。以上三個結(jié)論都與實驗結(jié)果相矛盾的，所以無法用經(jīng)典的波動理論來解釋光電效應(yīng)。課堂小結(jié)①對于