高二物理 光电效应

《光的粒子性第一课时：光电效应》教学设计

一、教材分析

1、组成成分及地位和作用

《光的粒子性》是高中新教材人教版选修3-5第十七章《波粒二象性》的第二节内容，内容旨在第一节《能量量子化》内容的基础上，通过光电效应和康普顿效应分别说明光子既具有能量又具有动量，进而说明光具有粒子性。本节课选择讲授第一部分，即光电效应的部分。由光电效应的提出、光电效应的实验规律、爱因斯坦的光电效应方程三部分组成。本节课的内容在物理学的发展史上具有里程碑式的意义，从这里人们开始认识到光的粒子性，并且更多的科学家接受了量子的观点，为近代物理学的发展打下了坚实的基础。

二、学情分析

1、已有的认知水平

学生经过了选修3-4教材有关机械波和光学的学习，已经知道光具有干涉、衍射现象，光的电磁波本质，对光的波动性有了较为深入的了解，也可以说对于经典理论中的光的性质有了较深的印象。同时在本章第一节，学生初步有了能量子的概念。基于以上分析，根据学生已经具备的知识以及现阶段学生的能力，学生完全可以在教师的引导下完成本节课的学习。

2、学习中的困难

本节课的难点就在于摆脱经典理论对思维的束缚，打破由光的干涉、衍射建立起来的“光是一种波，只具有波动性”的固有印象，接受光量子说，并将光量子的观点应用到解释光电效应和康普顿效应中。

三、教学目标分析

根据学生的认知水平和教科书的内容，确立本节课的教学目标为：

（1）了解光电效应及其实验规律，感受以实验为基础的科学研究方法

（2）了解爱因斯坦光电效应方程及其意义，感受科学家在面对科学疑难时的创新精神

四、教学重点、难点分析

（2）爱因斯坦光电效应方程

➢教学难点：（1）经典理论在解释光电效应问题时的困难

（2）爱因斯坦光电效应方程如何完整的解释光电效应现像

五、学法与教法分析

➢学法分析

根据学生的实际情况，我将“如何应用知识分析实际问题并进行逐步研究”作为本节课学法指导的重点。在教学中，充分发挥学生的主观能动性，通过分析光电效应的研究过程中遇到的每个问题，感受科学研究的过程，锻炼理论分析能力、知识应用能力。

➢教法分析

（1）启发式教学方法。通过对于物理学史的分析，启发学生思考光电效应从发现现象到探索规律整个过程中的重要问题、观察实验现象，让学生感受科学研究的过程。

（2）实验与理论相结合。实验与理论结合教学让学生认识到实验在物理学发展过程中的作用（3）培养学生的科学情怀。简介光电效应研究过程做出贡献的科学家，使学生体会科学家们探索科学问题的伟大历程

六、教学资源设计

电脑、多媒体辅助教学、毛皮与橡胶棒、锌版、验电器、光电效应演示器、强光手电、滤光片

七、教学过程设计

第二部分提问：电子枪中产生电子的金属丝为何需

要加热？

1、对金属丝加热，使表面层电子动能增加到足够

脱离金属表面

2、金属表面层存在一种力作用，阻碍表面层的金

属原子外层的价电子逃逸，在温度不高时不能大

量逸出金属表面。

3、逸出功：使电子克服某种金属的表面层作用，

脱离金属需要做功的最小值，用W0表示。不同金

属的逸出功不同

提问：光电子为什么能克服表面层作用力

经典理论推测：

（1）光照强度越大，电子脱离金属表面后具有的

动能就越大

（2）只要光强足够大、照射时间足够长，光电效

应现象就一定可以发生

（3）（3）光强越大，产生的光电子越多，光电流

越大

1900年，德国科学家菲利普·莱纳德利用

自己发明的一种光电管对光电效应中发射

的光电子进行了仔细且精确的研究，总结

了光电效应的实验规律。

二、光电效应的实验规律

实验规律1、光电效应能否发生由光的频率

决定

教师提问，学生讨

论并回答，教师总

结

教师提问，学生思

考后回答，教师提

出经典理论下的推

论

教师介绍

教师演示实验，学

生观察实验现象

引发学生思考脱

离金属的电子能

量的来源，引出逸

出功的概念

引发学生的思考，

光电子的能量与

什么有关，为引出

经典理论与实验

规律的矛盾打下

伏笔

给出科学家研究

光电效应的装置

简图，为第二部分

内容做好铺垫

提出光电效应的

第一条实验规律：

光电效应能否发

生由光的频率决

定

观察实验现象、总结规律

（1）入射光的频率小于某一数值时，延长照射时

间和增加照射光强度都不产生光电效应

（2）入射光的频率大于某一数值时，无论照射光

多弱，都可以产生光电效应

（3）使金属发生光电效应的最小频率称

为：截止频率或极限频率

总结规律

1、光电效应能否发生由光的频率决定

实验规律2：光电效应存在饱和电流

观察实验现象，总结规律

（1）入射光强一定时，增大加速电压U，光电流

趋于一个最大值，即当电流达到最大值后，继续

增大电压，电流值不再增大。

（2）最大电流称为饱和电流

（3）入射光越强，饱和电流越大

（4）入射光越强，单位时间内产生的光电子越多

实验规律3：光电子的初动能由入射光频率

决定

提问：如何通过实验装置求光电子初动能

对调电源正负极施加反向电压，形成使光电子减

速的电场。测出光电流刚好减小到0时的反向电压

U，即可计算得知电子的初动能

（1）刚好可以使光电流减小到0的反向电压称

教师完成实验，学

生总结，实验规律

教师完成实验，学

生观察并总结实验

规律

教师提问，学生思

考并回答

教师讲解

学生通过实验观

察到决定光电效

应是否发生的条

件是入射光频率

提出光电效应的

第二条实验规律：

光电流的大小由

入射光强度决定

让学生主动思考

解决问题的方法

使学生知道如何

测量和计算光电

子的初动能

C

e

e

U

e

v

m⋅

=

2

2

1