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2019-2020年高中物理《光電效應(yīng)》說課稿 目的：了解光電效應(yīng)的產(chǎn)生條件、規(guī)律及光子學(xué)說。了解光的量子性，會用光子說解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象。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。 器材：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。 重、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。 教學(xué)過程： 一、引言： 師：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。（簡單回顧光的微粒說和波動說的發(fā)展過程）自從麥克期韋提出光的電磁說，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)展到了完美的地步?？墒?，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。 評： 點明課題，強調(diào)已經(jīng)十分完美的理論又受到新的實驗事實的挑戰(zhàn)，引起學(xué)生的懸念，激發(fā)求知欲。 二、新課進行。 1、介紹實驗裝置。 師： 下面給大家介紹一下光電效應(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） 評： 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?，突出了原理，有助于后面對實驗事實的進一步分析。 師： 現(xiàn)在我把高壓電源接通，檢流裝置接上，為什么檢流計不發(fā)生偏轉(zhuǎn)？ 生：（集體） 電路還處于斷開狀態(tài)。 師： 哪一部分斷開？ 生： 鋅板和銅網(wǎng)之間。中間是空氣，不能導(dǎo)電。 師： 對。現(xiàn)在讓我們用紫外線照射鋅板，大家注意觀察。（介紹紫外線燈，用紫外照射鋅板，檢流計指針偏轉(zhuǎn)） 師： 剛才用紫外線照射鋅板時，看到了什么現(xiàn)象？為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？ 生： 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。 師： 這電流可能是哪種原因產(chǎn)生的？ 生： 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。 師： 對。這兩種可能性都有。但是，如果我們用銅板代替鋅板，則指針不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這樣，排除了哪種可能性？ 生：（集體）排除了空氣被電離的可能性。 師： 這樣，我們就知道，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） 評： 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)律作準備。 師： 下面我們進一步研究光電效應(yīng)有哪些規(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） 剛才分別用可見光和X射線照射鋅板，大家看到了什么現(xiàn)象？ 生：（集體）用可見光照射時無電流，用X射線照射時有電流。 師： 這又說明了什么呢？ 生： 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)。 師： 對。我們知道，可見光，紫外線，X射線都是電磁波，只是頻率高低不同?？茖W(xué)家們還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V.，只有當(dāng)入射光V>V.，才能發(fā)生光電效應(yīng)。） 師：科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，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？ 生：飛出的電子不需要加速電壓，能從鋅板飛向銅網(wǎng)。 師： 對。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。光電子的這一初動能是從哪里來的呢？ 生：從入射光中獲得。 師：對?？茖W(xué)家用不同的光（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E晝km晞與入射光強度無關(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E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。 師： 下面再讓我們看一看，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）剛才大家看到的現(xiàn)象說明了什么問題？ 生：光電效應(yīng)發(fā)生非?？?。 師：對?？茖W(xué)家用儀器測出了光電效應(yīng)的發(fā)生時間，在10-9秒以下。在這段時間中，光只能通過約20-30厘米的距離?？梢哉f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。） 師： 在上面研究的光電效應(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，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？ 生：說明入射光強度增大時，光電流強度也增大。 師：對。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)的和4條規(guī)律。（板書：4、光電流隨入射光強度的增大而增大。） 評： 從演示實驗入手，一步一步地引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析，盡量讓學(xué)生自己通過觀察、分析獲得知識。 師： 剛才我們通過對實驗現(xiàn)象的觀察、分析，得出了光電效應(yīng)的規(guī)律。歷史上科學(xué)家們通過大量的實驗，總結(jié)出了光電效應(yīng)的4條規(guī)律，下面大家看課本，熟悉這4條規(guī)律。 生：（看書） 師：下面提幾個問題。（問題是：（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？） 生：（分別回答上述三個問題。） 評：上面的學(xué)生看書，緊接著教師的提問，達到了鞏固對4條規(guī)律的理解的目的。 師：（提出新問題）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？我們先來分析第一條規(guī)律：存在極限頻率。 （提問學(xué)生） 生：按波動理論，光強越大，光能越大，就應(yīng)該能發(fā)生光電效應(yīng)，而事實不是這樣。 師：對。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） 師： 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？ 生：不能。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。 師：對。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E晝km晞應(yīng)與光強有關(guān)，與V無關(guān)） 師：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V>V.，就立即能發(fā)生光電效應(yīng)。這用波動理論能解釋嗎？ 生：不能。按波動理論，光太弱時不能發(fā)生光電效應(yīng)。 師：光太弱時，按波動理論，要達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） 師： 光電效應(yīng)的第4條規(guī)律能用波動理論解釋嗎？ 生：（集體）能。 師：從剛才的分析中，我們知道，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。下面大家看課本：光子學(xué)說怎么回事。 評：這部分內(nèi)容主要從波動理論的主要觀點出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生認識到波動理論的缺陷，為后面引入光子學(xué)說做鋪墊。） 師：光子說與波動理論的主要區(qū)別是什么？ 生：光子說認為能量是一份一份的，與頻率有關(guān)，而波動 說認為能量是連續(xù)的，與頻率無關(guān)。 三、結(jié)束語： 師：對。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。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。至于光子說是怎樣解釋光電效應(yīng)的，我們下節(jié)課繼續(xù)研究。 本課特色： 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)生進一步體會到實踐是檢驗真理的唯一 標(biāo)準。 課后小結(jié)： 本課充分體現(xiàn)了教師的引導(dǎo)作用，師、生配合較好，演示實驗很成功，全課條理清楚，層次分明，重點突出。