小學(xué)教學(xué)教案

“光電效應(yīng)光子”教學(xué)設(shè)計。

浙江寧波效實中學(xué)楊繼林沈晨

【教材】全日制普通高級中學(xué)教科書·物理第三冊（必修加選修）第二十二章第一節(jié)。

【教學(xué)時間】一課時。

【教學(xué)目標(biāo)】

1．知識與技能

●了解并識別光電效應(yīng)現(xiàn)象。

●能表述光電效應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律。

●了解光子的概念，會用光子說解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律。

●理解光電效應(yīng)方程。

●粗略了解光電效應(yīng)研究史實。

2．過程與方法

●觀察赫茲實驗中的放電現(xiàn)象，體驗發(fā)現(xiàn)的過程。

●經(jīng)歷“探究光電效應(yīng)規(guī)律”的過程，獲得探究活動的體驗。

●嘗試發(fā)現(xiàn)波動理論面對光電效應(yīng)規(guī)律遇到的困難。

●領(lǐng)略“觀察、實驗──提出假說──實驗驗證──新的假說……”的物理學(xué)研究方法。

3．情感態(tài)度與價值觀

●體驗探究自然規(guī)律的艱辛與喜悅。

●陶冶崇尚科學(xué)、仰慕科學(xué)家，欣賞物理學(xué)的奇妙與和諧的情愫。

●學(xué)習(xí)科學(xué)家敢于堅持真理、勇于創(chuàng)新和實事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，培養(yǎng)判斷有關(guān)信息是否科學(xué)的意識。

【教學(xué)用具】

1．實驗裝置赫茲實驗裝置；光電效應(yīng)現(xiàn)象演示裝置。

2．多媒體課件；資料文字；赫茲實驗裝置示意動畫；研究光電效應(yīng)實驗示意動畫；光電效應(yīng)的波動說描述與光子說描述動畫；密立根證實光電方程實驗示意動畫；普朗克、愛因斯坦、密立根資料圖片動畫；

【設(shè)計理念】本課教材蘊含著十分豐富的教學(xué)內(nèi)容：在知識方面，本課作為后牛頓物理兩大支柱之一──量子理論的入門，涉及量子物理最基礎(chǔ)的內(nèi)容，同時，還有著厚重的物理學(xué)科文化積淀，有物理學(xué)史、科學(xué)方法、辯證唯物主義思想、創(chuàng)新意識等人文精神教育的題材。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，為實施“科學(xué)的人文教育價值”提供了很大的空間。基于教材特點，本--“以人為本”，突出從赫茲發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)，勒納德研究光電效應(yīng)規(guī)律，愛因斯坦提出光子說解釋光電效應(yīng)規(guī)律，到密立根實驗驗證光電效應(yīng)方程，物理學(xué)家們上下求索三十年的歷程，在讓學(xué)生學(xué)到量子論基礎(chǔ)知識與基本技能、發(fā)展微觀思維方法的同時，獲得物理課程文化的浸潤與陶冶，體現(xiàn)物理教育在個性品質(zhì)、好奇求知、質(zhì)疑創(chuàng)新、科學(xué)美及責(zé)任心等方面的價值導(dǎo)向。

本課總體設(shè)計思想是：課堂教學(xué)以光電效應(yīng)三十年精彩歷程為線索，通過充分展示圍繞“光電效應(yīng)”所發(fā)生的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象、研究規(guī)律、提出假說、實驗驗證這樣一個科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程，在科學(xué)過程展示中推出學(xué)科知識，滲透科學(xué)思想方法，借助多媒體課件播放、實驗裝置重現(xiàn)現(xiàn)象及教師解說，著力于撼動青年學(xué)生崇尚科學(xué)的情感，弘揚深厚的物理課程文化。

【教學(xué)過程】全課以下列四個標(biāo)題作引導(dǎo)，按歷史的發(fā)展順序展開教學(xué)活動。

（動畫顯示課題后，教師引入主題）

引入本課要學(xué)習(xí)的光電效應(yīng)，在量子理論的發(fā)展中有著特殊的意義。人類對光的本性的認(rèn)識，到麥克斯韋提出光是一種電磁波，光的波動說似乎已完美無缺了。然而，就是在證實電磁波存在的過程中，人們發(fā)現(xiàn)了光具有粒子性的重大事實，這就是光電效應(yīng)現(xiàn)象。光電效應(yīng)及其規(guī)律的研究，使人類對物質(zhì)世界的觀念發(fā)生了變革：大自然在微觀層次上是不連續(xù)的，即“量子化”的，而不是牛頓物理假設(shè)的在一切層次上都是連續(xù)的！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，愛因斯坦提出光子論從理論上成功解決了光電效應(yīng)面臨的難題并因此獲19:office:office?>

波動理論解釋

實驗事實

之一

之二

到達(dá)金屬表面的光能量連續(xù)地分布，對某個電子只能吸收其中很少一部分，應(yīng)有一段時間積累到足夠的能量方能從金屬表面掙脫。

光波的振幅表征光能量大小，強光對金屬作用足夠長時間，有足夠能量應(yīng)該可以使電子從金屬表面掙脫。

光電效應(yīng)是否產(chǎn)生存在極限頻率（波長）而與光強無關(guān)，光電子最大初動能也只與入射光頻率成正相關(guān)。

若能發(fā)生光電效應(yīng)，即使光很弱，也是瞬間發(fā)生的

三、愛因斯坦提出光子論圓滿解釋

引入觀察與理論的互動就是科學(xué)，觀察是科學(xué)進(jìn)程的開端，觀察激發(fā)思考導(dǎo)致理論以解釋觀察結(jié)果，而理論又在新的觀察中受到檢驗、引發(fā)新的理論，對觀察結(jié)果進(jìn)行解釋或統(tǒng)一。

原來的電磁波理論與光電效應(yīng)的實驗事實不相符合，促使人們改變認(rèn)識，構(gòu)建新的思想框架來解釋觀察結(jié)果。1905年，愛因斯坦用突破性的量子化思想對光電效應(yīng)做出了現(xiàn)在為科學(xué)界普遍接受的解釋。

介紹愛因斯坦光量子假說教師介紹普朗克對電磁波輻射所作的量子化假設(shè)：振動物體的能量只能取特定的一組允許值。這種思想在當(dāng)時并沒有引起人們多少注意，但愛因斯坦敏銳地捕捉了這一思想閃光，并徹底貫穿到光的輻射與吸收問題中。

教師介紹光子說，并顯示文字內(nèi)容：

在空間傳播的光（的能量）不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光量子，簡稱光子，一份光子的能量E＝hv。

用光子說對光電效應(yīng)規(guī)律作解釋用如圖7所示動畫輔助描述光子說下的光電效應(yīng)：光子像下雨一樣落在金屬表面上，打出電子，就像機槍子彈從混凝土墻上打下混凝土塊一樣。

解釋極限頻率的存在；

解釋光電效應(yīng)的瞬時性；

給出逸出功概念，用光電效應(yīng)方程（屏幕展示）解釋光電子最大初動能只與入射光頻率正相關(guān)；

解釋光電流的強度與入射光的強度成正比。

小結(jié)在愛因斯坦提出光子模型后，用來解釋光電效應(yīng)變得出奇地簡單明了，今天，我們中學(xué)生運用光電方程計算光電效應(yīng)已不是什么難題，但在上個世紀(jì)初，科學(xué)家對量子化的物理卻極不適應(yīng)，愛因斯坦的獨創(chuàng)性、物理洞察力和對簡潔解釋的追求使他在忙碌的1905年發(fā)表了相對論，成功解釋了光電效應(yīng)，建樹起近代物理學(xué)研究的兩座豐碑。

四、密立根精確實驗證實光電效應(yīng)方程

引入至此，研究光電效應(yīng)的科學(xué)活動并未完成，愛因斯坦的光子假設(shè)與光電方程作為假說──一種有根據(jù)的猜測，一種嘗試性的未經(jīng)確認(rèn)的看法，要上升為理論，要為人們認(rèn)同──當(dāng)時對這一假說的懷疑超過了狹義相對論，甚至包括普朗克本人也持反對態(tài)度，還必須經(jīng)受實驗的檢驗。許多物理學(xué)家都想方設(shè)法用實驗測量普朗克恒量h，驗證光電效應(yīng)方程。

簡介密立根的工作一直對光子假設(shè)持有保留的美國物理學(xué)家密立根，設(shè)計了高精確度的實驗裝置如圖8所示，經(jīng)過十年的試驗，不斷解決一些技術(shù)難點，終于驗證了光電方程的直線性，并測出普朗克恒量h＝6．56×10-34j·s，在事實面前，密立根服從真理，宣布愛因斯坦假說得到證實?？茖W(xué)就是嚴(yán)峻的懷疑態(tài)度和對新思想的開放態(tài)度的混合，科學(xué)常常會發(fā)生這種情況：科學(xué)家說：“那的確是個好論據(jù)，我錯了?！比缓笳娴母淖兿敕?，揚棄舊觀點，科學(xué)就是這樣進(jìn)步的。

全課總結(jié)本課學(xué)習(xí)，我們了解了光電效應(yīng)現(xiàn)象，了解了進(jìn)行科學(xué)活動的方法。光電效應(yīng)把我們帶進(jìn)了量子化的物理學(xué)，光電效應(yīng)告訴我們理解微觀世界要有新的觀念，光電效應(yīng)引領(lǐng)了近代物理學(xué)的發(fā)展，對哲學(xué)、文化和技術(shù)的影響深遠(yuǎn)。讓我們懷著對量子理論先驅(qū)們的崇敬心情，從科學(xué)回到生活。

播放音樂與三位物理學(xué)家資料畫像，如圖9所示。

［課件簡介］本課件采用PowerpointXP－F1ashMX制作，充分發(fā)揮Powerpoint媒體展示功能與FIashMX的強大的動畫功能。其制作過程如下：

一、素材的采集與制作。用超級解霸采集所需的CD音樂；通過網(wǎng)上搜索和掃描儀掃描所需的圖片：用F1ashMX制作用波動理論解釋光電效應(yīng)的動畫、光子說解釋光電效應(yīng)的動畫。

二、系統(tǒng)集成：把各種素材用PowerpointXP做成一定交互能力的幻燈片。JAb88.com

擴(kuò)展閱讀

光電效應(yīng)

一名優(yōu)秀的教師就要對每一課堂負(fù)責(zé)，教師在教學(xué)前就要準(zhǔn)備好教案，做好充分的準(zhǔn)備。教案可以讓學(xué)生們有一個良好的課堂環(huán)境，使教師有一個簡單易懂的教學(xué)思路。那么一篇好的教案要怎么才能寫好呢？小編經(jīng)過搜集和處理，為您提供光電效應(yīng)，供大家借鑒和使用，希望大家分享！

光電效應(yīng)
光量子（光子）：E=hν
實驗結(jié)論光子說的解釋
1、每種金屬都有一個極限頻率入射光的頻率必須大于這個頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)電子從金屬表面逸出，首先須克服金屬原子核的引力做功（逸出功W），要使入射光子的能量不小于W，對應(yīng)頻率即是極限頻率。

2、光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨入射光的頻率增大而增大電子吸收光子能量后，只有直接從金屬表面飛出的光電子，才具有最大初動能即：

3、入射光照射到金屬板上時光電子的發(fā)射機率是瞬時的，一般不會超過10-9S光照射金屬時，電子吸收一個光子（形成光電子）的能量后，動能立即增大，不需要積累能量的過程。
4、當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時，光電流強度與入射光強度成正比當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時，入射光越強，單位時間內(nèi)入射到金屬表面的光子數(shù)越多，產(chǎn)生的光電子數(shù)越多，射出的光電子作定向移動時形成的光電流越大。
（1）產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件：①ν≥ν極；②hν≥W
（2）發(fā)生光電效應(yīng)后，入射光的強度與產(chǎn)生的光電流成正比。
（3）光電效應(yīng)方程,W=hν極；
（4）光電管的應(yīng)用
能級
一、核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典物理的矛盾
（1）根據(jù)經(jīng)典物理的觀點推斷：①在軌道上運動的電子帶有電荷，運動中要輻射電磁波。②電子損失能量，它的軌道半徑會變小，最終落到原子核上。
③由于電子軌道的變化是連續(xù)的，輻射的電磁波的頻率也會連續(xù)變化。
事實上：①原子是穩(wěn)定的；②輻射的電磁波頻率也只是某些確定值。
二、玻爾理論
①軌道量子化：電子繞核運動的軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值。對應(yīng)的氫原子的軌道半徑為：rn=n2r1(n=1,2,3,…………)，r1=0.53×10-10m。
②能量狀態(tài)量子化：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，這些狀態(tài)的能量值叫能級，能量最低的狀態(tài)叫基態(tài)，其它狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)。原子處于稱為定態(tài)的能量狀態(tài)時,雖然電子做加速運動,但并不向外輻射能量.
氫原子的各能量值為：
③躍遷假說：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)要輻射（或吸收）一定頻率的光子，即：hν=Em-En
三、光子的發(fā)射和吸收
（1）原子處于基態(tài)時最穩(wěn)定，處于較高能級時會自發(fā)地向低能級躍遷，經(jīng)過一次或幾次躍遷到達(dá)基態(tài)，躍遷時以光子的形式放出能量。
（2）原子在始末兩個能級Em和En（mn）間躍遷時發(fā)射光子的頻率為ν，其大小可由下式?jīng)Q定：hν=Em-En。
（3）如果原子吸收一定頻率的光子，原子得到能量后則從低能級向高能級躍遷。
（4）原子處于第n能級時，可能觀測到的不同波長種類N為：
考點分析：
考點：波爾理論：定態(tài)假設(shè)；軌道假設(shè)；躍遷假設(shè)。
考點：hν=Em-En
考點：原子處于第n能級時，可能觀測到的不同波長種類N為：
考點：原子的能量包括電子的動能和電勢能（電勢能為電子和原子共有）即：原子的能量En=EKn+EPn.軌道越低，電子的動能越大，但勢能更小，原子的能量變小。
電子的動能：，r越小，EK越大。
原子物理
一、原子的核式結(jié)構(gòu)
二、天然放射現(xiàn)象、衰變
衰變次數(shù)的計算方法：根據(jù)質(zhì)量數(shù)的變化計算α次數(shù)，其次數(shù)n=質(zhì)量數(shù)的變化量/4；根據(jù)電荷數(shù)的變化，計算β衰變次數(shù)。中子數(shù)的變化量=2×α衰變次數(shù)+β衰變次數(shù)。
三、半衰期的計算
半衰期計算公式:；m為剩余質(zhì)量；mO為原有質(zhì)量；t為衰變時間；τ為半衰期。
四、核反應(yīng)方程
五、核能的計算
核反應(yīng)釋放的核能：ΔE=Δmc2或ΔE=Δm×931.5Mev

光電效應(yīng)設(shè)計詳案

教學(xué)目的：

1、了解光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件、規(guī)律及光子學(xué)說．

2、了解光的量子性，會用光子說解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象．

能力目標(biāo)：

1、培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、分析能力，對實驗事實加以解釋的能力．

情感目標(biāo)：

1、引導(dǎo)學(xué)生探索知識之間的聯(lián)系，滲透了“當(dāng)理論與新的實驗事實不相符時，要根據(jù)事實建立新的理論”——即實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)思想．

教學(xué)用具：光電效應(yīng)演示器，應(yīng)急燈，紫外線燈，X射線管，感應(yīng)圈，靈敏檢流計．

教學(xué)重點和難點：從實驗現(xiàn)象總結(jié)出光電效應(yīng)的規(guī)律，經(jīng)典理論在解釋光電效應(yīng)遇到的困難．

課堂總體設(shè)計：

發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，以演示實驗為基礎(chǔ)，逐步引導(dǎo)學(xué)生通過對演示現(xiàn)象的觀察，得出光電效應(yīng)的規(guī)律．通過對經(jīng)典波動理論無法解釋光電效應(yīng)的分析，培養(yǎng)學(xué)生運用已知知識分析新的事驗事實的能力，讓學(xué)生進(jìn)一步體會到實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)．

教學(xué)過程：

一、課題引入

前幾節(jié)課我們了解了人們在研究光的本性過程提出的幾種有代表性的學(xué)說．（由于前面幾節(jié)內(nèi)容已經(jīng)涉及了光的微粒說和波動說的發(fā)展過程，可以簡單回顧）自從麥克斯韋提出光的電磁說，赫茲又用實驗證實了麥克斯韋的理論后，光的波動理論發(fā)展到了完善的地步．可是，光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)又給光的波動理論帶來了前所未有的困難．今天我們就來通過實驗研究光電效應(yīng)的規(guī)律，并且通過分析光電效應(yīng)的規(guī)律弄清為什么波動理論無法解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象．

二、新課進(jìn)行．

1、介紹實驗裝置——演示實驗——觀察分析實驗現(xiàn)象

這一階段介紹什么是光電效應(yīng)．從演示入手，引導(dǎo)學(xué)生觀察并分析實驗現(xiàn)象，為下面的研究光電效應(yīng)規(guī)律作準(zhǔn)備．

介紹一下光電效應(yīng)實驗裝置．（分別介紹鋅板、銅網(wǎng)、高壓電源、檢流裝置，一邊介紹，一邊在黑板上畫出整個裝置的示意圖）

介紹裝置后畫出裝置示意圖——將具體的較復(fù)雜的實驗裝置變?yōu)楹喢鞯陌瀹嫞怀隽嗽?，有助于后面對實驗事實的進(jìn)一步分析．

問題1：把高壓電源接通，檢流裝置接上，為什么檢流計不發(fā)生偏轉(zhuǎn)?

（電路還處于斷開狀態(tài)．鋅板和銅網(wǎng)之間．中間是空氣，不能導(dǎo)電．）

問題2：現(xiàn)在讓我們用紫外線照射鋅板，（介紹紫外線燈，用紫外照射鋅板，檢

（看到檢流計指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，說明電路中出現(xiàn)了電流．）

問題3：分析電流可能是哪種原因產(chǎn)生的?

（可能是紫外線使空氣電離，也可能是紫外線使鋅板飛出了電子．）

教師用銅板代替鋅板，則指針不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這樣，排除排除了空氣被電離的可能性．

通過實驗現(xiàn)象總結(jié)：鋅板在紫外線的照射下，飛出了電子，這種物體在光照下有電子飛出的現(xiàn)象叫光電效應(yīng)；在光照下從物體中飛出的電子叫光電子，電路中的電流叫光電流．

（板書：光電效應(yīng)，光電子，光電流）（板畫：光電效應(yīng)的形成過程）

2、研究光電效應(yīng)的規(guī)律

用應(yīng)急燈的可見光照射鋅板，而后用X射線照射鋅板，由于用可見光照射時無電流，用X射線照射時有電流．指出：可見光頻率較低，不能發(fā)生光電效應(yīng)，X射線頻率較高，可以發(fā)生光電效應(yīng)．

教師總結(jié)：可見光，紫外線，X射線都是電磁波，只是頻率高低不同．用不同頻率的各種電磁波照射同一種金屬板，發(fā)現(xiàn)，當(dāng)頻率低到一定程度后，不論怎樣增大入射光強度，怎樣延長照射時間，都無法發(fā)生光電效應(yīng)．這一頻率界限就叫極限頻率．

（板書：二、規(guī)律：任何一種金屬，都存在極限頻率，只有當(dāng)入射光時，才能發(fā)生光電效應(yīng)．）

問題4：發(fā)生光電效應(yīng)時，若將高壓電源去掉，檢流計中仍能發(fā)現(xiàn)有電流通過．這說明什么呢?

（飛出的電子不需要加速電壓，能從鋅板飛向銅網(wǎng)．這也說明飛出的電子具有一定的初速度，具有一定的初動能．）

問題5：光電子的這一初動能是從哪里來的呢?

（從入射光中獲得．用不同的光——不同頻率，不同光強——照射同一金屬．發(fā)現(xiàn)：光電子的最大初動能與入射光強度無關(guān)，只與入射光頻率有關(guān)，并且隨入射光頻率的增大而增大．）

（板書：2、光電子的最大初動能與入射光強度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大），這是光電效應(yīng)的第二條規(guī)律

讓學(xué)生觀察在能發(fā)生光電效應(yīng)的情況下，從光照開始到光電效應(yīng)發(fā)生，需要的時間長短．

（用X射線照射鋅板，讓X射線不斷地斷、續(xù)照射，檢流計指針的偏轉(zhuǎn)也斷、續(xù)發(fā)生）

問題6：大家看到的現(xiàn)象說明了什么問題?

（光電效應(yīng)發(fā)生非常快．科學(xué)家用儀器測出了光電效應(yīng)的發(fā)生時間，在s以下．在這段時間中，光只能通過約20-30cm的距離．可以說光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的．）

板書（3、光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的．）

教師講解：通過研究的光電效應(yīng)的第二條規(guī)律中，我們知道入射光強不影響光電子的最大初動能．

問題7：入射光強不影響光電子的最大初動能，那么入射光強可以對什么發(fā)生影響呢?

（把紫外線管靠近鋅板，改變紫外線管與鋅板的距離，檢流計指針偏轉(zhuǎn)幅度相應(yīng)地發(fā)生變化）這個現(xiàn)象說明什么?（說明入射光強度增大時，光電流強度也增大．精確的實驗表明，光電流強度與入射光強度成正比關(guān)系，這是光電效應(yīng)的第4條規(guī)律．）

（板書：4、光電流隨入射光強度的增大而增大．）

通過對實驗現(xiàn)象的觀察、分析，得出了光電效應(yīng)的規(guī)律．通過閱讀課本，讓學(xué)生熟悉這4條規(guī)律．看表格思考下列問題：

（1）某光恰能使鋅發(fā)生光電效應(yīng)，那么能使課本中表格內(nèi)哪些金屬發(fā)生光電效應(yīng)?

（2）表中哪種金屬最易發(fā)生光電效應(yīng)?

（3）為什么各種金屬的極限頻率不同?）

3、波動理論在解釋光電效應(yīng)時的矛盾

為什么說光的波動理論無法解釋光電效應(yīng)的規(guī)律？從光電效應(yīng)的發(fā)生過程來看，電子吸收入射光能量后才能掙脫原子核的束縛，所以我們應(yīng)從能量的角度來分析光效應(yīng)．光的波動理論是這樣描述光的能量的：（1）能量是連續(xù)的；（2）振幅（光強）越大，光能越大，光的能量與頻率無關(guān)．大家想一想，波動理論為什么無法解釋光電效應(yīng)的規(guī)律?

（1）我們先來分析第一條規(guī)律：存在極限頻率．

按波動理論，不論什么頻率的光，只要光強足夠大，就應(yīng)該發(fā)生光電效應(yīng)，不應(yīng)存在極限頻率．

（板書：波動理論的困難：1、不應(yīng)存在極限頻率）

（2）波動理論能解釋光電子的最大初動能與入射光強無關(guān)嗎?

按波動理論，入射光強越大，光能越大，飛出的光電子初動能就應(yīng)越大．事實是光電子的最大初動能僅與入射光頻率有關(guān)．

（板書：2、光電子最大初動能的大小應(yīng)與光強有關(guān)，與無關(guān)）

（3）光電效應(yīng)幾乎是瞬時發(fā)生的．也就是說，不論入射光強多么弱，只要，就立即能發(fā)生光電效應(yīng)．光太弱時，按波動理論，要達(dá)到使光電子飛出的能量，要有一個能量積累過程．事實上光電效應(yīng)幾乎瞬時發(fā)生說明一旦發(fā)生光電效應(yīng)，幾乎不需要能量的積累過程．（板書：3、弱光照射時應(yīng)有能量積累過程，不應(yīng)瞬時發(fā)生）

（4）波動理論能夠解釋第四條規(guī)律——隨著光強的增大，光電流也在增大．

通過上面的分析，光的波動理論在解釋光電效應(yīng)時遇到了巨大的困難．后來，愛因斯坦在普朗克量子化理論的啟發(fā)下，提出了光子學(xué)說．

4、光子說

閱讀課文分析：

問題8：光子說與波動理論的主要區(qū)別是什么?

（光子說認(rèn)為能量是一份一份的，與頻率有關(guān)，而波動說認(rèn)為能量是連續(xù)的，與頻率無關(guān)．）

普朗克認(rèn)為電磁波的發(fā)射和吸收不是連續(xù)的，而是一份一份的進(jìn)行的，理論計算的結(jié)果才能和實驗事實相符，這樣的一份能量叫做能量子，普朗克還認(rèn)為每一份能量等于，其中叫做普朗克常量，實驗測得：

普朗克將物理學(xué)帶進(jìn)了量子世界，受到普朗克的啟發(fā)，愛因斯坦在1905年提出，在空間中傳播的光也不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光量子，簡稱光子，光子的能量

這個學(xué)說后來就叫做光子說．（關(guān)于光子說的內(nèi)容可以讓學(xué)生自學(xué)）

光子說的這兩點實際上是針對波動理論的兩大要害提出的．愛因斯坦當(dāng)時在實驗事實還不是很充分的時候，提出了光子說，是對科學(xué)的重大貢獻(xiàn)．這也說明理論與新的實驗事實不符時，要根據(jù)事實建立新的理論，因為實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)．

5、光電效應(yīng)方程

（1）光電效應(yīng)中，金屬中的電子在飛出金屬表面時要克服原子核對它的吸引而做功，某種金屬中的不同電子，脫離這種金屬所做的功也不一樣，使電子脫離某種金屬所做的功的最小值叫做這種金屬的逸出功．（板書：1、逸出功）

（2）如果入射光子的能量大于逸出功，那么有些光子在脫離金屬表面后還有剩余的能量——也就是說有些光電子具有一定的動能，就有下面的關(guān)系：

這個關(guān)系式通常叫做愛因斯坦光電方程．

（板書：愛因斯坦光電效應(yīng)方程：）

這部分內(nèi)容對一般學(xué)生只需簡單介紹，對層次較好的學(xué)生可以練習(xí)簡單計算，深入理解方程的意義．

四、課堂總結(jié)

高二物理教案：《光電效應(yīng)》教學(xué)設(shè)計

高二物理教案：《光電效應(yīng)》教學(xué)設(shè)計

三維教學(xué)目標(biāo)

1、知識與技能

(1)通過實驗了解光電效應(yīng)的實驗規(guī)律。

(2)知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。

(3)了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動量

2、過程與方法：經(jīng)歷科學(xué)探究過程，認(rèn)識科學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題，驗證物理規(guī)律。

3、情感、態(tài)度與價值觀：領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。

教學(xué)重點：光電效應(yīng)的實驗規(guī)律

教學(xué)難點：愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義

教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。

教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備

(一)引入新課

回顧前面的學(xué)習(xí)，總結(jié)人類對光的本性的認(rèn)識的發(fā)展過程?

三維教學(xué)目標(biāo)

1、知識與技能

(1)通過實驗了解光電效應(yīng)的實驗規(guī)律。

(2)知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。

(3)了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動量

2、過程與方法：經(jīng)歷科學(xué)探究過程，認(rèn)識科學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題，驗證物理規(guī)律。

3、情感、態(tài)度與價值觀：領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。

教學(xué)重點：光電效應(yīng)的實驗規(guī)律

教學(xué)難點：愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義

教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。

教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備

(一)引入新課

回顧前面的學(xué)習(xí)，總結(jié)人類對光的本性的認(rèn)識的發(fā)展過程?

(多媒體投影，見課件。)光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光是電磁波，光的偏振現(xiàn)象進(jìn)一步說明光還是橫波。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)。然而，出人意料的是，正當(dāng)人們以為光的波動理論似乎非常完美的時候，又發(fā)現(xiàn)了用波動說無法解釋的新現(xiàn)象——光電效應(yīng)現(xiàn)象。對這一現(xiàn)象及其他相關(guān)問題的研究，使得人們對光的又一本質(zhì)性認(rèn)識得到了發(fā)展。

(二)進(jìn)行新課

1、光電效應(yīng)

實驗演示1：(課件輔助講述)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。上述實驗說明了什么?(表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電)

概念：在光(包括不可見光)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)射出來的電子叫做光電子。

2、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律

(1)光電效應(yīng)實驗

如圖所示，光線經(jīng)石英窗照在陰極上，便有電子逸出----光電子。光電子在電場作用下形成光電流。

概念：遏止電壓，將換向開關(guān)反接，電場反向，則光電子離開陰極后將受反向電場阻礙作用。當(dāng) K、A 間加反向電壓，光電子克服電場力作功，當(dāng)電壓達(dá)到某一值Uc時，光電流恰為0。Uc稱遏止電壓。

根據(jù)動能定理，有： 。

(2)光電效應(yīng)實驗規(guī)律

①光電流與光強的關(guān)系：飽和光電流強度與入射光強度成正比。

②截止頻率νc ----極限頻率，對于每種金屬材料，都相應(yīng)的有一確定的截止頻率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

③光電效應(yīng)是瞬時的。從光開始照射到光電子逸出所需時間

3、光電效應(yīng)解釋中的疑難

經(jīng)典理論無法解釋光電效應(yīng)的實驗結(jié)果。

經(jīng)典理論認(rèn)為，按照經(jīng)典電磁理論，入射光的光強越大，光波的電場強度的振幅也越大，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，光電子的能量應(yīng)該隨著光強度的增加而增大，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)實驗表明：飽和電流不僅與光強有關(guān)而且與頻率有關(guān)，光電子初動能也與頻率有關(guān)。只要頻率高于極限頻率，即使光強很弱也有光電流;頻率低于極限頻率時，無論光強再大也沒有光電流。

光電效應(yīng)具有瞬時性。而經(jīng)典認(rèn)為光能量分布在波面上，吸收能量要時間，即需能量的積累過程。

為了解釋光電效應(yīng)，愛因斯坦在能量子假說的基礎(chǔ)上提出光子理論，提出了光量子假設(shè)。

4、愛因斯坦的光量子假設(shè)

(1)內(nèi)容

光不僅在發(fā)射和吸收時以能量為hν的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時也是如此。也就是說，頻率為ν 的光是由大量能量為 E =hν的光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速 c 運動。

(2)愛因斯坦光電效應(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)楣怆娮右莩龊蟮膭幽蹺k。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能。

(3)愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋

①光強大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。

②電子只要吸收一個光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時間的累積。

③從方程可以看出光電子初動能和照射光的頻率成線性關(guān)系

④從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動能為零時，可得極限頻率： 愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因為它完全違背了光的波動理論。

5、光電效應(yīng)理論的驗證

美國物理學(xué)家密立根，花了十年時間做了“光電效應(yīng)”實驗，結(jié)果在1915年證實了愛因斯坦光電效應(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。

6、展示演示文稿資料：愛因斯坦和密立根

由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應(yīng)的實驗規(guī)律，榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎。

密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎。

點評：應(yīng)用物理學(xué)家的歷史資料，不僅有真實感，增強了說服力，同時也能對學(xué)生進(jìn)行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，激發(fā)學(xué)生的探索精神。

光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用

(1)光控繼電器

可以用于自動控制，自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等。

(2)光電倍增管

可對微弱光線進(jìn)行放大，可使光電流放大105~108倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。

高三物理教案：《光電效應(yīng)》教學(xué)設(shè)計

古人云，工欲善其事，必先利其器。教師要準(zhǔn)備好教案，這是教師的任務(wù)之一。教案可以讓學(xué)生能夠聽懂教師所講的內(nèi)容，幫助教師更好的完成實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。您知道教案應(yīng)該要怎么下筆嗎？以下是小編收集整理的“高三物理教案：《光電效應(yīng)》教學(xué)設(shè)計”，歡迎您參考，希望對您有所助益！

本文題目：高中物理教案：光電效應(yīng)

光量子(光子)：E=hν

實驗結(jié)論 光子說的解釋

1、每種金屬都有一個極限頻率入射光的頻率必須大于這個頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng) 電子從金屬表面逸出，首先須克服金屬原子核的引力做功(逸出功W)，要使入射光子的能量不小于W，對應(yīng)頻率 即是極限頻率。

2、光電子的最大初動能與入射光的強度無關(guān)，只隨入射光的頻率增大而增大 電子吸收光子能量后，只有直接從金屬表面飛出的光電子，才具有最大初動能即：

3、入射光照射到金屬板上時光電子的發(fā)射機率是瞬時的，一般不會超過10-9S 光照射金屬時，電子吸收一個光子(形成光電子)的能量后，動能立即增大，不需要積累能量的過程。

4、當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時，光電流強度與入射光強度成正比 當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時，入射光越強，單位時間內(nèi)入射到金屬表面的光子數(shù)越多，產(chǎn)生的光電子數(shù)越多，射出的光電子作定向移動時形成的光電流越大。

(1)產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件：①ν≥ν極;②hν≥W

(2)發(fā)生光電效應(yīng)后，入射光的強度與產(chǎn)生的光電流成正比。

(3)光電效應(yīng)方程 ,W=hν極;

(4)光電管的應(yīng)用

能級

一、核式結(jié)構(gòu)模型與經(jīng)典物理的矛盾

(1)根據(jù)經(jīng)典物理的觀點推斷：①在軌道上運動的電子帶有電荷，運動中要輻射電磁波。②電子損失能量，它的軌道半徑會變小，最終落到原子核上。

③由于電子軌道的變化是連續(xù)的，輻射的電磁波的頻率也會連續(xù)變化。

事實上：①原子是穩(wěn)定的;②輻射的電磁波頻率也只是某些確定值。

二、玻爾理論

①軌道量子化：電子繞核運動的軌道半徑只能是某些分立的數(shù)值。對應(yīng)的氫原子的軌道半徑為：rn=n2r1(n=1,2,3,…………)，r1=0.53×10-10m。

②能量狀態(tài)量子化：原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，這些狀態(tài)的能量值叫能級，能量最低的狀態(tài)叫基態(tài)，其它狀態(tài)叫激發(fā)態(tài)。原子處于稱為定態(tài)的能量狀態(tài)時,雖然電子做加速運動,但并不向外輻射能量.

氫原子的各能量值為：

③躍遷假說：原子從一種定態(tài)躍遷到另一種定態(tài)要輻射(或吸收)一定頻率的光子，即：hν=Em-En

三、光子的發(fā)射和吸收

(1)原子處于基態(tài)時最穩(wěn)定，處于較高能級時會自發(fā)地向低能級躍遷，經(jīng)過一次或幾次躍遷到達(dá)基態(tài)，躍遷時以光子的形式放出能量。

(2)原子在始末兩個能級Em和En?(m>n)間躍遷時發(fā)射光子的頻率為ν，其大小可由下式?jīng)Q定：hν=Em-En。

(3)如果原子吸收一定頻率的光子，原子得到能量后則從低能級向高能級躍遷。

(4)原子處于第n能級時，可能觀測到的不同波長種類N為：

考點分析：

考點：波爾理論：定態(tài)假設(shè);軌道假設(shè);躍遷假設(shè)。

考點：hν=Em-En

考點：原子處于第n能級時，可能觀測到的不同波長種類N為：

考點：原子的能量包括電子的動能和電勢能(電勢能為電子和原子共有)即：原子的能量En=EKn+EPn.軌道越低，電子的動能越大，但勢能更小，原子的能量變小。

電子的動能： ，r越小，EK越大。

原子物理

一、原子的核式結(jié)構(gòu)

二、天然放射現(xiàn)象、衰變

衰變次數(shù)的計算方法：根據(jù)質(zhì)量數(shù)的變化計算α次數(shù)，其次數(shù)n=質(zhì)量數(shù)的變化量/4;根據(jù)電荷數(shù)的變化，計算β衰變次數(shù)。中子數(shù)的變化量=2×α衰變次數(shù)+β衰變次數(shù)。

三、半衰期的計算

半衰期計算公式: ;m為剩余質(zhì)量;mO為原有質(zhì)量;t為衰變時間;τ為半衰期。

四、核反應(yīng)方程

五、核能的計算

核反應(yīng)釋放的核能：ΔE=Δmc2或ΔE=Δm×931.5Mev