視頻標簽：光的粒子性

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視頻課題：新人教版高中物理選修三《17.2光的粒子性》北京市 - 海淀區(qū)

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新人教版高中物理選修三《 17.2 光的粒子性》北京市 - 海淀區(qū)

指導思想
      高中新課程改革在課程實施上注重學生的自主學習,提倡教學方式的多樣化。高中物理課程應促進學生自主學習,讓學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考。通過多樣化的教學方式,幫助學生學習物理知識與技能,培養(yǎng)其科學探究能力,使其逐步形成科學態(tài)度與科學精神。
      《光的粒子性》這節(jié)課的目的是通過學生對光電效應現(xiàn)象的觀察和實驗規(guī)律的認識,從而實現(xiàn)光的波動性到粒子性的認知轉(zhuǎn)變。同時感受科學家敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新、用心鉆研的科學精神。但由于本節(jié)課的新概念較多,實驗現(xiàn)象不易顯現(xiàn),實驗規(guī)律較復雜等因素,造成學生理解存在困難,也給教師教學帶來了困難。在教學中教師往往容易將概念和規(guī)律通過閱讀教材中實驗結論的教學方式,硬生生的塞給學生,從而讓學生接受光的粒子說。
      為了能夠讓學生能夠積極參與課堂,培養(yǎng)其科學探究的能力和自主學習的習慣。在本節(jié)課的設計中教師將實驗器材進行改進,從而使實驗現(xiàn)象變得容易觀察,通過一系列的實驗讓學生記錄實驗現(xiàn)象,并思考現(xiàn)象背后說明的物理規(guī)律,隨后通過小組討論的方式發(fā)現(xiàn)利用光的波動說理論解釋實驗現(xiàn)象存在矛盾,從而自然而然的構建新的粒子說理論成功解釋實驗現(xiàn)象,最終實現(xiàn)認知的自然轉(zhuǎn)變。同時感受科學家的質(zhì)疑、創(chuàng)新、鉆研的科學精神。
2教材分析學情分析
       本章根據(jù)科學發(fā)展的歷史脈絡展現(xiàn)了人類認識微觀粒子的波粒二象性。本節(jié)主要為愛因斯坦在普朗克的基礎上推廣了普朗克假說。指出光本身是由不連續(xù)的能量單元所組成的能量流。由此,光電效應的全部實驗結果都可以圓滿解釋。光電效應是認識光的粒子性的重要依據(jù),愛因斯坦量子思想對光電效應的解釋是科學轉(zhuǎn)折的重大信號,因此本節(jié)是本章的重點知識。本節(jié)知識由光電效應的實驗現(xiàn)象、實驗規(guī)律、解釋中的困難、愛因斯坦光電效應方程幾部分組成。由于本節(jié)內(nèi)容較多、新概念較多、對實驗規(guī)律的理解和解釋難度也較大,因此本節(jié)也是本章的難點知識。
        對于光的本性研究,學生了解了牛頓的微粒說,之后通過學習光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象認識到了光的波動性。而本節(jié)知識是讓學生發(fā)生從光的波動性向光的粒子性認識的思維轉(zhuǎn)變。同時光電效應實驗規(guī)律本身由于新概念較多,實驗規(guī)律也比較復雜難理解,因此學生在思維認識上存在一定的困難。在教學中不能“硬生生”的將這種思維塞給學生,而需要學生通過對實驗規(guī)律進行探究,并在解釋實驗規(guī)律中發(fā)現(xiàn)困難,從而自然而然的用新理論進行解釋。最終達到學生自然而然的發(fā)生思維轉(zhuǎn)變的目的。教師除了教授學生知識之外,還要讓學生在學習的過程中體會物理學的每一個重大發(fā)現(xiàn)都改變著人類的自然觀、科學觀和思維方式,希望學生也能像科學家那樣去思考。
3教學目標
知識與技能:
(1)通過實驗了解光電效應;
(2)通過實驗了解光電效應的實驗規(guī)律;
(3)知道經(jīng)典波動說的困境并會用愛因斯坦光電效應方程解釋實驗規(guī)律;
(4)知道愛因斯坦光電效應方程的意義。
過程與方法:
(1)經(jīng)歷探究光電效應實驗規(guī)律的過程,認識物理實驗在物理學發(fā)展過程中的作用;
(2)經(jīng)歷人類對光的本性探究的過程中的歷史性的轉(zhuǎn)變。
情感態(tài)度與價值觀:
    經(jīng)歷光電效應規(guī)律的探究和對現(xiàn)象進行解釋,從建立新認知的過程,培養(yǎng)學生樂于探究自然界的奧秘,能體驗探究自然規(guī)律的艱辛和喜悅。發(fā)展對科學的好奇心和求知欲。
4教學重點難點
教學重點:(1)光電效應的現(xiàn)象和實驗規(guī)律;
               (2)能用愛因斯坦光電效應方程解釋光電效應的規(guī)律。
教學難點:(1)光電效應實驗規(guī)律的探究;
               (2)用愛因斯坦光電效應方程解釋光電效應規(guī)律。
5教學流程圖
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6教學資源
鋅板、紫外線光源、普通光源、驗電器、導線、皮毛、橡膠棒、普朗克常數(shù)測定儀。
7教學過程
7.1第一學時
7.1.1教學活動
活動1【導入】環(huán)節(jié)1　　　回顧歷史
教師:請嘗試回顧人類對光的本性的研究歷史。
學生:回顧并表述
教學意圖:回顧牛頓的微粒說和惠更斯和波動說。知道在探究歷史中的某個階段光的波動說漸成真理。
活動2【活動】環(huán)節(jié)2　　　　認識光電效應
教師:演示光電效應實驗:
鋅板與驗電器相連,并讓鋅板帶負電。用紫外線照射鋅板。
任務一、請表述實驗現(xiàn)象,并思考說明了什么問題。
電子為什么會逸出?
學生:
(1)觀察現(xiàn)象并表述:發(fā)現(xiàn)帶負電的與鋅板連接的驗電器張角變小。
(2)思考:    說明紫外線照射后鋅板帶正電。電子逸出。
教學意圖:觀察光電效應現(xiàn)象,并思考本質(zhì)。為逸出功做一定鋪墊。
活動3【活動】環(huán)節(jié)3　探究光電效應規(guī)律
教師:光電效應規(guī)律的探究:
實驗1:將紫外線更換為白光,是否發(fā)生光電效應?
        利用普朗克常量測定儀演示:
        介紹光電管實驗電路,并根據(jù)原理分析可能會出現(xiàn)的現(xiàn)象。
實驗2:觀察打開光源,光電流是否立刻產(chǎn)生;
實驗3:正向電壓不斷增加,光電流是否持續(xù)增加;
         燈越近,光強變強,飽和電流是否變化;
實驗4:加反向電壓,各種色光遏止電壓是否相同;
         加一定顏色的光,改變光強,看遏止電壓是否變化。
學生:
觀察、記錄實驗現(xiàn)象。
實驗1:白光照射不發(fā)生光電效應,說明存在截止頻率。入射光頻率高于截止頻率才能發(fā)生光電效應。
實驗2:光電效應具有瞬時性。
實驗3:存在飽和電流;光強越強,飽和光電流越大。
實驗4:不相同;綠光的高于紅光的;截止電壓不隨光強發(fā)生變化。
教師:請同學們小組討論交流,這些實驗現(xiàn)象說明了什么問題。(總結光電效應實驗規(guī)律。)教師在學生交流中給出截止頻率、遏止電壓、最大初動能的概念。
學生:討論總結:
(1)入射光的頻率高于金屬的截止頻率(νc)才會發(fā)生光電效應;(條件)
(2)光電效應具有瞬時性;3、飽和光電流的大小隨入射光的強度增大而增大;
(3)光電子的最大初動能與入射光的頻率有關,與光強無關;
教學意圖:通過實驗探究了解光電效應的實驗規(guī)律。
活動4【活動】環(huán)節(jié)4　光的電磁理論解釋實驗的苦難
教師:任務三、光的電磁理論認為:
(1)能量具有連續(xù)的積累效應:光的能量不斷射來,能量不斷增加。
(2)光的能量是由光的強度決定的,而光的強度又是由光的振幅決定的,跟頻率無關。
請以小組為單位進行交流,嘗試用光的電磁理論解釋光電效應現(xiàn)象,看看能否全解釋,是否存在困難和矛盾的地方。(教師給出逸出功的概念)
學生:討論并表述交流的結果:
(1)可以解釋光強越強,光電流越大;
(2)不能解釋,遏止電壓與光強無關;
(3)不能解釋存在截止頻率;
(4)不能解釋瞬時性。
教學意圖:知道經(jīng)典波動說的困境。
活動5【練習】環(huán)節(jié)5　理論推理愛因斯坦光電效應方程并解釋光電效應現(xiàn)象。
教師:任務四、請利用愛因斯坦的光子說,嘗試寫出最大初動能與入射光頻率間的關系。
       愛因斯坦在1905年發(fā)表的《關于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個試探性觀點》中表示,光不僅在發(fā)射和吸收時能量是一份一份的,而且 光本身就是由一個個不可分割的能量子組成,頻率為ν的光的能量子為hν,h為普朗克常量。這些能量子后來稱為光子。
給出光強的定義:在頻率一定的情況下,單位時間內(nèi)的光子越多,光就越強。
學生:推導愛因斯坦光電效應方程。
教師:任務五、嘗試用愛因斯坦的光子說解釋光電效應規(guī)律。
教學意圖:會用愛因斯坦光電效應方程解釋實驗規(guī)律。
活動6【講授】環(huán)節(jié)6：　光電效應方程的意義。
教師:思考:愛因斯坦光電效應方程的實際意義是什么?
學生:光子像其他粒子一樣,也具有能量。光電效應顯示了光的粒子性。
教師:愛因斯坦由于發(fā)現(xiàn)了光電效應的規(guī)律而獲得1921年的諾貝爾物理學獎。
物理學的每一重大發(fā)現(xiàn)都改變著人類的自然觀、科學觀和思維方式。科學文化素質(zhì)不僅指科學知識方面的素養(yǎng),它還有更高的層次,就是科學方法、科學意識和科學精神。
教學意圖:知道愛因斯坦光電效應方程的意義。
活動7【作業(yè)】作業(yè)
嘗試解釋實驗規(guī)律:
 

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