高中物理_光的粒子性教学设计学情分析教材分析课后反思

《光的粒子性》教学设计[学习目标]（一）知识与技能1 ．通过实验了解光电效应的实验规律。

2 ．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。

3 ．了解康普顿效应，了解光子的动量（二）过程与方法经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。

（三）情感、态度与价值观领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

★教学重点光电效应的实验规律★教学难点爱因斯坦光电效应方程以及意义★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。

★教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备一、光电效应现象图1[导学探究] 如图1所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上(弧光灯发射紫外线)．(1)用弧光灯照射锌板，看到的现象为__________________________________________，说明___________________________________________________________ _____________．(2)在弧光灯和锌板之间插入一块普通玻璃板，再用弧光灯照射，看到的现象为___________________________________________________________ _____________，___________________________________________________________ _____________.(3)撤去弧光灯，换用白炽灯发出的强光照射锌板，并且照射较长时间，看到的现象为________________________________________________________________________，说明___________________________________________________________ _____________．[知识梳理]1．光电效应：当光照射在金属表面上时，金属中的电子会因吸收光的能量而逸出金属表面，这种现象称为光电效应．2．光电效应中的光包括不可见光和可见光．3．光电子：光电效应中发射出来的电子．其本质还是电子．4．光电效应能否发生与光强无关(填“有关”或“无关”)．二、光电效应的实验规律[导学探究] 如图2所示，阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K用铯做成．电源加在K和A之间的电压大小可以调整，正负极也可以对调．(1)加在光电管两极间电压为零时，用紫光照射阴极，回路中有电流吗？改变入射光强度，光电流大小如何变化？(2)保持入射光的强度不变，更换滤色片以改变入射光频率，使光由紫光→蓝光→绿光→红光，会看到什么现象？这说明什么？[知识梳理]1．光电效应的四条实验规律(1)截止频率(也叫极限频率)的存在：入射光的频率必须大于ν0，才能发生光电效应，与入射光强度及照射时间无关．不同金属材料的截止频率不同．(2)当产生光电效应时，光电流大小随入射光强度的增大而增大．(3)光电子的最大初动能与入射光的频率成线性关系，如图3所示．即光电子的最大初动能随着入射光频率的增加而增加，而与入射光强度无关．(4)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s.2．两个决定关系(1)入射光频率决定着能否发生光电效应和光电子的最大初动能；(2)入射光强度决定着单位时间内发射的光电子数．例1入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么( ) A．从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能将减小C ．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少D ．有可能不发生光电效应针对训练1 (多选)如图所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过．其原因可能是( )A ．入射光太弱B ．入射光波长太长C ．光照时间太短D ．电源正、负极接反三、光量子概念的提出 光电效应方程[导学探究]1．光的波动说在解释光电效应现象时遇到了哪些困难？答案 按照光的波动说，当光照射到金属表面时，金属中的电子会从入射光中持续吸收能量，只要能量积累到一定量值电子就会从金属表面逃逸出来，根据波动说这个积累时间需要几分钟或更长时间，这显然不能解释光电效应的瞬时性．2．爱因斯坦光电效应方程h ν＝12mv 2＋W 中，h ν和W 指的是什么？怎样解释光电效应存在截止频率和光电子的最大初动能与入射光频率成线性关系？答案 (1)h ν指的是光子的能量，它与光的频率成正比，W 表示逸出功．(2)由光电效应方程可知12mv 2＝h ν－W ，即E k ＝h ν－W ，即E k 和入射光的频率成线性关系．(3)当E k ＝0时，金属表面不再有光电子逸出，即h ν0＝W ，ν0＝W h，ν0即为截止频率，从方程可知只有光的频率大于ν0，才能有光电子逸出，才能发生光电效应．[知识梳理]1．光子说：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光的能量子，简称光子，光子的能量ε＝h ν.其中h ＝6.63×10－34 J ·s ，称为普朗克常量．2．最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值．3．截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的截止频率(又叫极限频率)．不同的金属对应着不同的极限频率．4．光电效应方程(1)表达式：h ν＝12mv 2＋W 或12mv 2＝h ν－W . (2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是h ν，这些能量一部分用于克服金属的逸出功W ，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能．(3)光电效应方程说明了产生光电效应的条件若有光电子逸出，则光电子的最大初动能必须大于零，即E k ＝h ν－W >0，亦即h ν>W ，ν>W h ＝ν0，而ν0＝W h恰好是光电效应的截止频率． 5．E k －ν曲线如图4所示是光电子最大初动能E k 随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是截止频率(或极限频率)；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．图46．光电效应方程实质上是能量守恒方程．(1)能量为ε＝hν的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能．(2)如果克服吸引力做功最少为W，则电子离开金属表面时动能最大为E k，根据能量守恒定律可知：E k＝hν－W.例2在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为______．若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为______．已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.例3如图所示，当开关K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零．合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6 V时，电流表读数仍不为零．当电压表读数大于或等于0.6 V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为( )A．1.9 eV B．0.6 eV C．2.5 eV D．3.1 eV针对训练2 (多选)一单色光照到某金属表面时，有光电子从金属表面逸出，下列说法中正确的是( )A．只增大入射光的频率，金属逸出功将减小B．只延长入射光照射时间，光电子的最大初动能将不变C．只增大入射光的频率，光电子的最大初动能将增大D．只增大入射光的频率，光电子逸出所经历的时间将缩短课堂小结：1．光电效应规律中的两条线索、两个关系：(1)两条线索：(2)两个关系：光强增大→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．2．光电效应的瞬时性：当光照射到金属上时，光子的全部能量将立刻被金属中的电子所吸收，不需要积累能量的时间．3．遏止电压：使光电流减小到零的反向电压U 0，即eU 0＝E k ＝12mv 2. 作业：《光的粒子性》练习题《光的波动性》学情分析：学生对光的波动性还没有学习，这样就增加了对这节内容学习的难度，只有采用在学习本节内容之前让学生先学习一些有关光的波动性的知识，即经典的电磁理论知识。

《光的粒子性》效果分析：光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。

19 世纪 60 年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。

然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象。

对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。

由物理学史的介绍，引入本节课，让学生对光的本质有了一个全面的认识，效果很好。

《光的粒子性》教材分析：本节知识由光电效应的实验规律、光电效应解释中的疑难、爱因斯坦的光电效应方程、三部分组成，内容较多，难度也较大，教材把这些内容放在这一节里，是希望通过这一节的学习能让学生对光子有一个全面的认识。

本节知识也是本章的重点内容。

光电效应是认识光的粒子性的重要依据，爱因斯坦用量子思想对光电效应的解释是科学转折的重大信号，更多的科学家开始关注普朗克提出的量子观点，并开创了新的局面。

光电效应实验是本节的“根”，要创造条件做好实验。

《光的粒子性》练习题1．(多选)如图所示，用弧光灯照射擦得很亮的锌板，验电器指针张开一个角度，则下列说法中正确的是( )A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用红光照射锌板，验电器指针会发生偏转C．锌板带的是负电荷D．使验电器指针发生偏转的是正电荷2．(多选)下列对光子的认识，正确的是( )A．光子说中的光子就是牛顿在微粒说中所说的微粒B．光子说中的光子就是光电效应的光电子C．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子D．光子的能量跟光的频率成正比3．利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则( )A．用紫外线照射，电流表中不一定有电流通过B．用红光照射，电流表中一定无电流通过C．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变4．当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时( ) A．锌板带负电 B．有正离子从锌板逸出C．有电子从锌板逸出 D．锌板会吸附空气中的正离子5．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是( )A．延长光照时间 B．增大光的强度C．换用波长较短的光照射 D．换用频率较低的光照射7．如图所示，在研究光电效应的实验中，发现用一定频率的A单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B单色光照射光电管时不发生光电效应，则( )A．A光的强度大于B光的强度B．B光的频率大于A光的频率C．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是由a流向b D．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是由b流向a 8．某金属的逸出功为2.3 eV，这意味着( )A．这种金属内部的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离表面B．这种金属表层的电子克服原子核引力做2.3 eV的功即可脱离表面C．要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量可能小于2.3 eV D．这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3 eV9．如图所示是光电效应中光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图像．从图中可知( )A．E k与ν成正比B．入射光频率必须小于极限频率ν0时，才能产生光电效应C．对同一种金属而言，E k仅与ν有关D．E k与入射光强度成正比10．分别用波长为λ和23λ的单色光照射同一金属板，发出的光电子的最大初动能之比为1∶2，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功为( )A.hc2λB.3hc2λC.3hc4λD.2hλc11．研究光电效应的电路如图所示．用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K)，钠极板发射出的光电子被阳极A 吸收，在电路中形成光电流．下列光电流I与A、K之间的电压U AK 的关系图像中，正确的是( )12．实验得到金属钙的光电子的最大初动能E km与入射光频率ν的关系如图所示．下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功，参照下表可以确定的是( )A.如用金属钨做实验得到的E km－ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大B．如用金属钠做实验得到的E km－ν图线也是一条直线，其斜率比图中直线的斜率大C．如用金属钠做实验得到的E km－ν图线也是一条直线，设其延长线与纵轴交点的坐标为(0，－E k2)，则E k2＜E k1D．如用金属钨做实验，当入射光的频率ν＜ν1时，可能会有光电子逸出13．现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是( )A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B．入射光的频率变高，饱和光电流变大C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生14．图为一真空光电管的应用电路，其阴极金属材料的极限频率为4.5×1014 Hz，则以下判断正确的是( )A．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率B．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度C．用λ＝0.5 μm的光照射光电管时，电路中有光电流产生D．光照射时间越长，电路中的电流越大15．在某次光电效应实验中，得到的遏止电压U0与入射光的频率ν的关系如图所示．若该直线的斜率和纵截距分别为k和b，电子电荷量的绝对值为e，则普朗克常量可表示为________，所用材料的逸出功可表示为________．16．小明用金属铷为阴极的光电管观测光电效应现象，实验装置示意图如图7甲所示．已知普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.图7(1)图甲中电极A为光电管的____________(选填“阴极”或“阳极”)；(2)实验中测得铷的遏止电压U0与入射光频率ν之间的关系如图乙所示，则铷的截止频率ν0＝________Hz，逸出功W＝________J；(3)如果实验中入射光的频率ν＝7.00×1014 Hz，则产生的光电子的最大初动能E k＝________J.《光的粒子性》课后反思：思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。