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1、《光電效應(yīng)》教學(xué)設(shè)計 案例名稱 光電效應(yīng) 科目 物理 教學(xué)對象 高二 授課人 周攀 課時 1課時 授課類型 新課 一、教材內(nèi)容分析 本節(jié)屬于粵教版高中物理選修3-5第二章第1節(jié)，從內(nèi)容性質(zhì)與地位來看，本節(jié)內(nèi)容是承接上一節(jié)教學(xué)內(nèi)容繼續(xù)探索物質(zhì)世界具有量子性質(zhì)，為接下來的學(xué)習建立一種新的自然觀，為物質(zhì)具有波粒二象性打下基礎(chǔ)；其教學(xué)特點為學(xué)生要經(jīng)歷猜想、實驗、理論分析、認知沖突，建立新理論的教學(xué)過程，光電效應(yīng)是本章的“根”。 二、教學(xué)目標 1.知識與技能 （1）經(jīng)歷猜想、實驗驗證的過程，知道什么是光電效應(yīng)現(xiàn)象； （2）通過實驗，理解光電效應(yīng)

2、的實驗規(guī)律，感受以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)研究方法； （3）建立飽和光電流、遏止電壓、截止頻率、逸出功等概念； （4）知道經(jīng)典理論解釋光電效應(yīng)的疑難之所在，感受科學(xué)家面對科學(xué)疑難時的創(chuàng)新精神。 2.過程與方法 經(jīng)歷根據(jù)已學(xué)知識或生活經(jīng)驗，提出猜想，實驗驗證猜想等科學(xué)探究過程，認識科學(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，探究物理規(guī)律，解釋物理現(xiàn)象。 3.情感態(tài)度與價值觀目標 （1）動手實驗，提升對科學(xué)的熱愛； （2）課堂討論、小組合作，增強學(xué)生的組織、溝通、語言表達能力和培養(yǎng)團隊協(xié)作精神； （3）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

3、，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。 4.教學(xué)重點：光電效應(yīng)的實驗規(guī)律及相關(guān)概念 5.教學(xué)難點：光電效應(yīng)的實驗原理及實驗規(guī)律；經(jīng)典理論解釋光電效應(yīng)的困難 三、學(xué)情分析 學(xué)生已學(xué)：1.學(xué)生已建立光能可在時間上積累的觀點，知道光的顏色與光的頻率有關(guān)。2.在上一節(jié)中，學(xué)生知道了輻射的能量是一份一份地向外發(fā)出的，已有能量量子化意識。3.學(xué)生已掌握電子在電場中的運動相關(guān)知識。學(xué)習困難：1.學(xué)生只看到表象，由表象分析出本質(zhì)是難點。光電效應(yīng)是光子和電子相互作用的微觀行為，我們能看到是宏觀現(xiàn)象，學(xué)生從微觀的角度解釋宏觀現(xiàn)象比較困難，并且這節(jié)課概念繁多且較難理解。2.學(xué)生對經(jīng)典理論本身就不是很熟，用經(jīng)

4、典理論解釋光電效應(yīng)存在的疑難更是難上加難，需要教師做足鋪墊和引導(dǎo)。 四、教學(xué)策略選擇與設(shè)計 情景法、啟發(fā)法、發(fā)現(xiàn)法、實驗法、討論法、強化法、講授法 五、教學(xué)資源及教具 多媒體課件、攝像頭、鋅板、紫外線燈、驗電器、電子起電機、光電效應(yīng)演示儀、鋼球、斜槽 六、教學(xué)過程 教學(xué)過程 教師活動 學(xué)生活動 設(shè)計意圖 1.情景引入 提出猜想 情景1：熾熱的金屬絲發(fā)射電子 問題： 熾熱的金屬絲可以發(fā)射電子，而溫度不太高時，電子并不能大量逸出。這如何解釋？ 同時引導(dǎo)學(xué)生理解金屬的逸出功 情景2:太陽光烤雞 視頻： “高手在民間！泰國大叔用陽光烤雞！”太陽光匯聚后1

5、0分鐘可烤熟一只雞，5分鐘烤不熟，但10分鐘可烤熟，如果烤半個小時呢？一個小時呢？顯然太陽光的能量可以積累。 根據(jù)視頻及生活經(jīng)驗總結(jié)： 1.光越強,雞獲得的熱量越多 2.光不夠強時,烤熟一只雞需要更長時間的照射 猜想：若用光照射金屬能否發(fā)射電子？ 積極思考，知道金屬表面存在大量的自由電子，在溫度不很高時，電子并不能大量逸出金屬表面，這表明金屬表面層內(nèi)存在一種力，阻礙電子的逃逸。當電子吸收的能量與原有的熱運動能量之和超過一定程度時，可以克服這種阻力做功，電子就從表面逸出。并明白逸出功的概念 根據(jù)生活經(jīng)驗總結(jié)對光的認識（能量可以積累） 提出猜想 從已學(xué)及生活經(jīng)驗出發(fā)，引

6、發(fā)學(xué)生猜想。 2.演示實驗 驗證猜想:光照射金屬能發(fā)射電子 PPT展示： 光電效應(yīng)定義板書： 一.光電效應(yīng) 光→金屬→光電子 1.實驗 通過導(dǎo)線將起電機的負極與鋅板連接使鋅版帶負電，同時鋅板與靜電計連接，用紫外線燈照射鋅板，觀察驗電器指針有何變化？這說明什么？ 2. 總結(jié) 光電效應(yīng)：照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從表面逸出的現(xiàn)象。逸出的電子叫光電子 能量的角度：該過程是光能轉(zhuǎn)化為電子的動能。 觀察實驗現(xiàn)象，積極思考，回答問題， 并理解光電效應(yīng)現(xiàn)象及其中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系 通過實驗驗證猜想，知道什么是光電效應(yīng)現(xiàn)象 3.根據(jù)“烤雞”經(jīng)驗，猜測光電

7、效應(yīng)的實驗規(guī)律 問題：從烤雞的原理來看光電效應(yīng)，猜一猜光電子的產(chǎn)生與光電子動能與哪些因素有關(guān)？有何關(guān)系？ 積極思考，知道光能與其他形式能的轉(zhuǎn)化，光能可以在時間上積累。根據(jù)生活經(jīng)驗猜想出： 1.光越強，逸出的光電子的動能越大 2.光很弱，但經(jīng)長時間照射也會有光電子的逸出（能量的積累） 據(jù)生活經(jīng)驗即經(jīng)典理論提出猜測，為后面得出矛盾、呼吁新理論埋下伏筆 4.學(xué)生實驗：探究光電效應(yīng)實驗規(guī)律 一、引導(dǎo)學(xué)生看懂實驗電路圖 1.課件展示兩個情景： 問題1：甲、乙兩個裝置都有電子從金屬板K極以一定的速度逸出，觀察這兩個圖的區(qū)別？ 問題2： 甲圖中的電源接法

8、使A極和K極之間的電場線方向是怎樣的呢？ 問題3：這樣的電場線電子的運動起阻礙作用還是加速作用？ 問題4：如果我們所加電壓剛好滿足這樣的一個關(guān)系（靜電力做的負功剛好等于電子的最大初動能）時，電流表還會有讀數(shù)嗎？ 2.PPT展示實驗設(shè)計的電路圖： 問題1：與光電管并聯(lián)一個電壓表，他在此電路中的作用是什么？ 問題2：請同學(xué)們觀察，屏幕上的這個電路設(shè)計在光電管兩端得到的是正向電壓還是反向電壓？如何獲得反向電壓？ 二、設(shè)計實驗方案 PPT展示實物圖，介紹實驗儀器，要求學(xué)生對照實物圖思考實驗步驟 三

9、、學(xué)生動手實驗 教師將學(xué)生實驗結(jié)果及時拍照上傳屏幕 四、分享實驗結(jié)果，總結(jié)實驗規(guī)律 一、觀察電路接法對電子運動的作用，明確概念正向電壓、反向電壓；看懂電路圖并明確實驗原理 二、小組交流討論，對照實物圖設(shè)計實驗步驟 三、認真觀察并記錄實驗現(xiàn)象 四、用簡明扼要的語言總結(jié)實驗規(guī)律：存在飽和電流、遏止電壓 1.通過動畫分步展示，突破電路圖的理解這一難點。 2、學(xué)生動手實驗，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng) 5.小組交流討論，進一步認識光電效應(yīng)實驗規(guī)律 板書： 二、實驗規(guī)律 1.存在飽和電

10、流 2.存在遏止電壓和截止頻率 3.瞬時性 一、對最大電流和反向臨界電壓的認識 當正向電壓增大到一定程度以后光電流不再變大，我們把最大電流稱之為飽和電流。當反向電壓達到某一值時電流表讀數(shù)為0，我們把這個電壓稱之為遏止電壓，用符號Uc表示。 問題1：物理是透過現(xiàn)象看本質(zhì)，微觀上如何解釋這兩個量？ 問題2：再看一組數(shù)據(jù)對比，強黃光，弱黃光得到的圖象，其飽和電流，和遏止電壓有什么特征？ 問題3：再看另一組數(shù)據(jù)對比，藍光和黃光的圖像，這又說明了什么？ 二、閱讀教材31、32頁，明確光電效應(yīng)還有哪些實驗規(guī)律并整理到導(dǎo)學(xué)案上 一、積極思考并能理解： 1.飽和電流

11、說明所有的光電子都被A極吸收，其大小對應(yīng)單位時間內(nèi)發(fā)射的光電子個數(shù) 遏止電壓對應(yīng)光電子的最大初動能。 2. 光越強，飽和電流越大，說明光越強，逸出的光電子個數(shù)越多 不同光強卻得到的是相同的遏制電壓，說明光電子的動能與光強無關(guān)。 3. 光電子的動能與光的顏色，即光的頻率有關(guān)。 二、閱讀教材，完善實驗規(guī)律： l 存在著飽和電流 l 存在著遏止電壓和截止頻率 l 光電效應(yīng)具有瞬時性 新概念太多，且概念之間的關(guān)聯(lián)也不易理清，故先實驗再從微觀上分析，提問層次分明，逐步引導(dǎo)，有助于學(xué)生概念的生

12、成，為下一步得出實驗事實與經(jīng)典理論猜想發(fā)生矛盾做好鋪墊。 6.實驗結(jié)果反思 板書： 三、光電效應(yīng)解釋中的疑難 反思實驗結(jié)果，明確存在的疑難：引導(dǎo)學(xué)生對實驗結(jié)果進行反思，思考經(jīng)典理論解釋光電效應(yīng)時存在的疑難。讓學(xué)生意識到經(jīng)典理論已解釋不了現(xiàn)有現(xiàn)象，提出新的理論迫在眉睫。 猜測 實驗規(guī)律 光越強，光電子動能越大 光電子的動能與光強無關(guān) 若光很弱，電子的逸出需長時間照射 光電效應(yīng)幾乎是瞬時的 任何顏色的光，只要光足夠強，就有光電子的產(chǎn)生 截止頻率以下的光照射不產(chǎn)生光電子 對比之前依據(jù)經(jīng)典理論得出的猜想和實驗結(jié)果，得出矛盾之處。 意識到經(jīng)典理論已無

13、法解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象，。 利用表格，很好地達到經(jīng)典理論與實驗規(guī)律矛盾帶來的沖擊，同時順便對實驗規(guī)律也做了總結(jié) 7.演示實驗： 模擬光電效應(yīng) 引發(fā)思考，留下懸念 演示實驗：將凹槽滑道最低點放3個鋼球。 （1）較低處：釋放1個鋼球；2個鋼球 （2）較高處：釋放1個鋼球；2個鋼球 提問：與光電效應(yīng)的實驗結(jié)果有類似之處嗎？對光電效應(yīng)實驗規(guī)律的解釋有什么啟示呢？ 認真觀察實驗現(xiàn)象，并思考與光電效應(yīng)現(xiàn)象的類似之處。 獨立思考，踴躍發(fā)言。 利用宏觀粒子的碰撞現(xiàn)象與光電效應(yīng)的現(xiàn)象的類似之處，啟發(fā)學(xué)生思考，為下一節(jié)課埋下伏筆 8.課堂小結(jié)

14、 帶領(lǐng)學(xué)生一起回顧、總結(jié) 主動回憶，總結(jié)收獲 回憶鞏固，理清課堂要點 9.布置作業(yè) 布置課后作業(yè) 課后完成 鞏固所學(xué)知識 開 始 教學(xué)流程圖 情景導(dǎo)入：熾熱金屬絲發(fā)射電子； 太陽光烤雞 猜想：光照射金屬有電子逸出 演示實驗：驗證猜想 知道光電效應(yīng)現(xiàn)象 猜想：1.光越強，光電子EK越大2.光很弱，但照射時間夠長，也逸出光電子（能量的積累） 猜想：根據(jù)生活經(jīng)驗，猜想實驗規(guī)律 觀察光顏色和光強改變時，光電流I隨兩極間所加電壓U的變化情況 學(xué)生實驗：明確原理，動手實驗 理解實驗規(guī)律：1.飽和電流；2.遏止電壓和截止頻率；3.

15、瞬時性 理解并總結(jié)實驗規(guī)律 對比實驗規(guī)律與猜想，得出矛盾，認識到經(jīng)典理論解釋光電效應(yīng)存在疑難 對比反思，得出矛盾 知道碰撞現(xiàn)象與光電效應(yīng)有類似之處，或許可借用粒子性理論解釋光電效應(yīng) 演示實驗：啟發(fā)學(xué)生思考新理論 師生共同總結(jié) 課堂小結(jié) 七、板書設(shè)計 一.光電效應(yīng) 光→金屬→光電子 二、實驗規(guī)律 1.存在飽和電流 （單位時間光電子個數(shù)） 2.存在遏止電壓 三、光電效應(yīng)解釋中的疑難 八、教學(xué)評價設(shè)計 觀察學(xué)生課堂表現(xiàn)、驗收課后作業(yè)。 九、教學(xué)反思 一、重難點突破方面，本節(jié)課有兩個難點： 難點1：實驗原理及實驗規(guī)律的的

16、理解，這也是教學(xué)重點。通過學(xué)生動手實驗、閱讀教材、交流討論及教師細化問題引導(dǎo)思考等教學(xué)手段，得到了較好突破； 難點2：經(jīng)典理論解釋光電效應(yīng)存在矛盾，若沒有鋪墊，直奔矛盾，學(xué)生難以接受，故本設(shè)計做足了鋪墊，先通過生活中太陽光烤雞這一經(jīng)驗，讓學(xué)生對經(jīng)典理論光能可累加有了初步認識，并引導(dǎo)學(xué)生利用該生活經(jīng)驗預(yù)測光電效應(yīng)的實驗規(guī)律，最后將前期預(yù)測與實際實驗結(jié)果列表對比，對比明顯，矛盾突出，對于后面呼吁新的理論也就順理成章了。 二、創(chuàng)新之處： 1. 課堂結(jié)構(gòu)創(chuàng)新：①一般講法是完全按照教材順序，先講實驗規(guī)律，再講解釋中的疑難，這種講法在講實驗規(guī)律時，容易讓學(xué)生不知所云，無法參與教學(xué)。本設(shè)計采用引導(dǎo)學(xué)生

17、用經(jīng)典理論主動預(yù)先討論實驗結(jié)論并與實驗結(jié)果對照而激發(fā)矛盾的教學(xué)方法。這種方法用學(xué)生已有的認知經(jīng)驗引出結(jié)論，學(xué)生在做實驗的過程中自己就會發(fā)現(xiàn)一些矛盾，引起認知沖突，進而產(chǎn)生探究和解決問題的強烈欲望，不僅易于接受，而且學(xué)生可以參與到教師的教學(xué)中，一起討論、猜想。本節(jié)具體設(shè)計思路如下：兩個情景：熱電子發(fā)射原理、太陽光烤雞——引發(fā)猜想：光照也可發(fā)射電子——驗證猜想，得到光電效應(yīng)現(xiàn)象——根據(jù)烤雞經(jīng)驗，猜想實驗規(guī)律——學(xué)生實驗，總結(jié)規(guī)律——對比反思，得出矛盾——演示實驗，啟發(fā)思考新理論。每一個部分的銜接、鋪墊、對學(xué)生思維上的引導(dǎo)自然到位，邏輯清晰，順理成章。②本節(jié)課概念繁雜，前后反復(fù)牽扯。教材將金屬的逸出

18、功這一概念放在實驗現(xiàn)象之后，這不利于學(xué)生理解實驗時所觀察的現(xiàn)象。本設(shè)計將逸出功提前，用已學(xué)知識電子槍的原理引入，讓學(xué)生意識到電子獲得足夠能量會逸出，同時也順暢地得到逸出功的概念。 2. 實驗創(chuàng)新：本節(jié)課共三個大層次，對應(yīng)三個實驗，幫助學(xué)生理解、引導(dǎo)學(xué)生思考，用事實說話，學(xué)生更易理解接受。①實驗一演示光電效應(yīng)現(xiàn)象，直觀明了；②實驗二學(xué)生動手實驗，可以觀察到光電流隨電壓的變化，觀察到飽和電流和遏止電壓的存在，實驗效果很好；③實驗三模擬光電效應(yīng)，前面已得出經(jīng)典理論無法解釋實驗現(xiàn)象，需要新理論，但若直接將愛因斯坦的光子說拿出，顯得生硬，學(xué)生也難以接受，而光電效應(yīng)中電子逸出是微觀的，無法直接觀察，

19、本實驗巧妙地用已知的宏觀世界粒子的碰撞現(xiàn)象讓學(xué)生類比觀察到的光電效應(yīng)現(xiàn)象，讓學(xué)生意識到我們或許可以試試從粒子性（光能量子化）的角度去解釋，留下懸念，為下節(jié)課做好鋪墊。 3.多媒體技術(shù)創(chuàng)新：①通過自己編程，設(shè)定系數(shù)，將演示實驗現(xiàn)象投影到屏幕上，學(xué)生能同步清晰地看到實驗現(xiàn)象，且投影技術(shù)完美地鑲嵌在PPT中，無需PPT切出切入、點擊等待等多余操作，浪費課堂時間，影響課堂節(jié)奏。②編寫程序，將百度云盤鑲嵌于PPT中，同樣無需PPT切出切入，利用手機拍照功能，將學(xué)生結(jié)果同步到PPT中投影，可取代平板電腦的部分課堂互動功能及展臺的全部功能，且更經(jīng)濟、無需安裝復(fù)雜程序、操作更簡單。以上兩個創(chuàng)新均實用性強且易推廣，程序編寫好后，只需將利用了此技術(shù)的那張PPT復(fù)制即可，無需重新編寫程序。 三、可優(yōu)化的方面： 由于課堂時間有限，本節(jié)課只提出需要新的理論，沒有得出最終結(jié)論即愛因斯坦光電效應(yīng)方程。本節(jié)內(nèi)容全部講完需2個課時，若條件允許，本節(jié)內(nèi)容最好選擇兩節(jié)課連堂上；或提前錄一個微課，將光電效應(yīng)概念及對實驗規(guī)律的猜測放在自學(xué)部分的微課中，讓學(xué)生課前自學(xué)一部分內(nèi)容，課堂直接從探究光電效應(yīng)實驗規(guī)律開始。