導(dǎo)語：光電效應(yīng)光子教案一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【教材】全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書·物理第三冊(cè)(必修加選修)第二十二章第一節(jié)。

【教學(xué)時(shí)間】一課時(shí)。

【教學(xué)目標(biāo)】

1.知識(shí)與技能

●了解并識(shí)別光電效應(yīng)現(xiàn)象。

●能表述光電效應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律。

●了解光子的概念，會(huì)用光子說解釋光電效應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律。

●理解光電效應(yīng)方程。

●粗略了解光電效應(yīng)研究史實(shí)。

2.過程與方法

●觀察赫茲實(shí)驗(yàn)中的放電現(xiàn)象，體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的過程。

●經(jīng)歷“探究光電效應(yīng)規(guī)律”的過程，獲得探究活動(dòng)的體驗(yàn)。

●嘗試發(fā)現(xiàn)波動(dòng)理論面對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律遇到的困難。

●領(lǐng)略“觀察、實(shí)驗(yàn)──提出假說──實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證──新的假說……”的物理學(xué)研究方法。

3.情感態(tài)度與價(jià)值觀

●體驗(yàn)探究自然規(guī)律的艱辛與喜悅。

●陶冶崇尚科學(xué)、仰慕科學(xué)家，欣賞物理學(xué)的奇妙與和諧的情愫。

●學(xué)習(xí)科學(xué)家敢于堅(jiān)持真理、勇于創(chuàng)新和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，培養(yǎng)判斷有關(guān)信息是否科學(xué)的意識(shí)。

【教學(xué)用具】

1.實(shí)驗(yàn)裝置赫茲實(shí)驗(yàn)裝置;光電效應(yīng)現(xiàn)象演示裝置。

2.多媒體課件;資料文字;赫茲實(shí)驗(yàn)裝置示意動(dòng)畫;研究光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)示意動(dòng)畫;光電效應(yīng)的波動(dòng)說描述與光子說描述動(dòng)畫;密立根證實(shí)光電方程實(shí)驗(yàn)示意動(dòng)畫;普朗克、愛因斯坦、密立根資料圖片動(dòng)畫;

【設(shè)計(jì)理念】本課教材蘊(yùn)含著十分豐富的教學(xué)內(nèi)容：在知識(shí)方面，本課作為后牛頓物理兩大支柱之一──量子理論的入門，涉及量子物理最基礎(chǔ)的內(nèi)容，同時(shí)，還有著厚重的物理學(xué)科文化積淀，有物理學(xué)史、科學(xué)方法、辯證唯物主義思想、創(chuàng)新意識(shí)等人文精神教育的題材。教材在知識(shí)陳述上較為淺顯直接，而關(guān)于這些知識(shí)的“背景”，則是相當(dāng)豐滿、承賦人文，為實(shí)施“科學(xué)的人文教育價(jià)值”提供了很大的空間?；诮滩奶攸c(diǎn)，本教案設(shè)計(jì)“以人為本”，突出從赫茲發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)，勒納德研究光電效應(yīng)規(guī)律，愛因斯坦提出光子說解釋光電效應(yīng)規(guī)律，到密立根實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證光電效應(yīng)方程，物理學(xué)家們上下求索三十年的歷程，在讓學(xué)生學(xué)到量子論基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能、發(fā)展微觀思維方法的同時(shí)，獲得物理課程文化的浸潤(rùn)與陶冶，體現(xiàn)物理教育在個(gè)性品質(zhì)、好奇求知、質(zhì)疑創(chuàng)新、科學(xué)美及責(zé)任心等方面的價(jià)值導(dǎo)向。

本課總體設(shè)計(jì)思想是：課堂教學(xué)以光電效應(yīng)三十年精彩歷程為線索，通過充分展示圍繞“光電效應(yīng)”所發(fā)生的發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象、研究規(guī)律、提出假說、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這樣一個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程，在科學(xué)過程展示中推出學(xué)科知識(shí)，滲透科學(xué)思想方法，借助多媒體課件播放、實(shí)驗(yàn)裝置重現(xiàn)現(xiàn)象及教師解說，著力于撼動(dòng)青年學(xué)生崇尚科學(xué)的情感，弘揚(yáng)深厚的物理課程文化。

【教學(xué)過程】全課以下列四個(gè)標(biāo)題作引導(dǎo)，按歷史的發(fā)展順序展開教學(xué)活動(dòng)。

(動(dòng)畫顯示課題后，教師引入主題)

引入本課要學(xué)習(xí)的光電效應(yīng)，在量子理論的發(fā)展中有著特殊的意義。人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)，到麥克斯韋提出光是一種電磁波，光的波動(dòng)說似乎已完美無缺了。然而，就是在證實(shí)電磁波存在的過程中，人們發(fā)現(xiàn)了光具有粒子性的重大事實(shí)，這就是光電效應(yīng)現(xiàn)象。光電效應(yīng)及其規(guī)律的研究，使人類對(duì)物質(zhì)世界的觀念發(fā)生了變革：大自然在微觀層次上是不連續(xù)的，即“量子化”的，而不是牛頓物理假設(shè)的在一切層次上都是連續(xù)的!光電效應(yīng)最先由赫茲發(fā)現(xiàn)，他的學(xué)生勒納德對(duì)光電效應(yīng)的研究卓有成效并獲1905年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，愛因斯坦提出光子論從理論上成功解決了光電效應(yīng)面臨的難題并因此獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，美國(guó)物理學(xué)家密立根通過精確實(shí)驗(yàn)證實(shí)了愛因斯坦的理論，并獲1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。光電效應(yīng)的科學(xué)之光經(jīng)眾多物理學(xué)家前赴后繼，三十年努力求索，在物理學(xué)史上成為絢麗奪目的篇章。讓我們翻開這炫目的一頁，沐浴科學(xué)的陽光吧!

(屏幕切換顯示四個(gè)標(biāo)題)

一、赫茲意外發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)

介紹赫茲實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫顯示赫茲實(shí)驗(yàn)示意圖如圖1所示。1885年，赫茲用如圖1所示的裝置來證實(shí)電磁波的存在：電磁波發(fā)生器是在兩根銅棒上各焊接一個(gè)磨光的黃銅球，另一端各連接一塊正方形鋅板，它們共軸放置，兩球間留有一空隙，它們相當(dāng)于一個(gè)電容器，與感應(yīng)圈連接，構(gòu)成了LC電路，感應(yīng)圈使兩黃銅球聚集大量電荷，從而在空隙間產(chǎn)生電火花，形成高頻振蕩電流，輻射高頻電磁波。與這個(gè)回路相距一定距離有電磁波接收器，是用一根粗銅導(dǎo)線彎成一開口的圓環(huán)，開口端各焊一黃銅球，之間有可作微調(diào)的空隙，這個(gè)接收器實(shí)際上也是一個(gè)LC電路。調(diào)節(jié)間隙改變接收電路的固有頻率可與發(fā)射過來的電磁波產(chǎn)生共振，從而在接收器的空隙間觀察到電火花。

介紹赫茲的發(fā)現(xiàn)并演示利用電火花實(shí)驗(yàn)裝置，赫茲測(cè)量了電磁波速、進(jìn)行了研究電磁波的反射、聚焦、折射、衍射、干涉、偏振等各種波現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)，大量反復(fù)地實(shí)驗(yàn)不但證實(shí)了麥克斯韋電磁波理論，同時(shí)意外地發(fā)現(xiàn)了表明光具有粒子性的一個(gè)重要現(xiàn)象：當(dāng)發(fā)射器間隙的火光被阻隔時(shí)，原來接收間隙的火花變暗(如圖3所示)，而用其他任何火花的光照射到接收器銅球，也能促使間隙發(fā)生電火花，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象中直接起作用的是火光中的紫外線，當(dāng)火花的光照到間隙的負(fù)極時(shí)，作用最強(qiáng)，這種情況下接收器間隙發(fā)生的電火花實(shí)際上是紫外線的照射使一極銅球上飛出電子到另一極銅球所形成，赫茲稱之為“紫外光對(duì)放電現(xiàn)象的效應(yīng)”，也就是光電效應(yīng)。

演示光電效應(yīng)現(xiàn)象動(dòng)畫顯示光電效應(yīng)演示儀原理如圖4所示，課堂演示，引導(dǎo)學(xué)生觀察在紫外線照射下，電流計(jì)指示電路中出現(xiàn)了電流。

歸納什么是光電效應(yīng)

(文字顯示)

在光的照射下物體發(fā)射電子的現(xiàn)象，叫做光電效應(yīng)，發(fā)射出來的電子叫做光電子。

二、勒納德研究光電效應(yīng)現(xiàn)象的規(guī)律

引入赫茲的發(fā)現(xiàn)吸引了許多人去深入研究光電效應(yīng)成因與規(guī)律，其中德國(guó)物理學(xué)家、赫茲的助手勒納德的研究卓有成效。對(duì)光電效應(yīng)的研究方向就是弄清其發(fā)生的條件。

介紹勒納德實(shí)驗(yàn)研究原理動(dòng)畫顯示勒納德研究光電效應(yīng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。當(dāng)入射光照射到光潔的金屬陰極K表面，就有光電子發(fā)射出來，若有光電子到達(dá)陽極A，電路中就有電流，所以可通過電流計(jì)了解用各種光照射陰極K以及對(duì)兩極加不同電壓時(shí)的光電流，從中摸索規(guī)律。

介紹勒納德實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果勒納德通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)出光電效應(yīng)現(xiàn)象的重要規(guī)律：

(文字顯示)

1.對(duì)各種金屬都存在著極限頻率和極限波長(zhǎng)，低于極限頻率的任何入射光強(qiáng)度再大、照射時(shí)間再長(zhǎng)都不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)。

2.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度無關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大。

3.只要入射光頻率高于金屬的極限頻率，照到金屬表面時(shí)光電子的發(fā)射幾乎是瞬時(shí)的，不超過10-9s。

4.發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。

光電效應(yīng)規(guī)律性的演示用如圖4所示的光電效應(yīng)演示儀演示(1)用紅光、藍(lán)光照射鋅板時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生光電流;(2)用玻璃隔斷紫外線時(shí)，光電流消失;(3)光電流達(dá)到飽和后，改變電壓，光電流不變，改變?nèi)肷涔鈴?qiáng)度，光電流增大。

設(shè)問1.用光的電磁波理論如何解釋光電效應(yīng)的發(fā)生?

2.波動(dòng)理論可以解釋光電效應(yīng)發(fā)生時(shí)的規(guī)律嗎?

討論與總結(jié)請(qǐng)全班同學(xué)議論，由學(xué)生嘗試定性解釋光電效應(yīng)后，教師概括輔以如圖6所示動(dòng)畫顯示：光到達(dá)金屬表面時(shí)，連續(xù)的電磁波能量分布在其表面，振動(dòng)的電磁場(chǎng)不斷地“搖晃”金屬表面的電子，一些結(jié)合最松散的電子被搖下來。

由學(xué)生提出現(xiàn)有理論與觀察事實(shí)的矛盾后，教師整理為兩大困難，并以文字顯示。

矛盾波動(dòng)理論解釋實(shí)驗(yàn)事實(shí)

之一

之二到達(dá)金屬表面的光能量連續(xù)地分布，對(duì)某個(gè)電子只能吸收其中很少一部分，應(yīng)有一段時(shí)間積累到足夠的能量方能從金屬表面掙脫。

光波的振幅表征光能量大小，強(qiáng)光對(duì)金屬作用足夠長(zhǎng)時(shí)間，有足夠能量應(yīng)該可以使電子從金屬表面掙脫。光電效應(yīng)是否產(chǎn)生存在極限頻率(波長(zhǎng))而與光強(qiáng)無關(guān)，光電子最大初動(dòng)能也只與入射光頻率成正相關(guān)。

若能發(fā)生光電效應(yīng)，即使光很弱，也是瞬間發(fā)生的

三、愛因斯坦提出光子論圓滿解釋

引入觀察與理論的互動(dòng)就是科學(xué)，觀察是科學(xué)進(jìn)程的開端，觀察激發(fā)思考導(dǎo)致理論以解釋觀察結(jié)果，而理論又在新的觀察中受到檢驗(yàn)、引發(fā)新的理論，對(duì)觀察結(jié)果進(jìn)行解釋或統(tǒng)一。

原來的電磁波理論與光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)不相符合，促使人們改變認(rèn)識(shí)，構(gòu)建新的思想框架來解釋觀察結(jié)果。1905年，愛因斯坦用突破性的量子化思想對(duì)光電效應(yīng)做出了現(xiàn)在為科學(xué)界普遍接受的解釋。

介紹愛因斯坦光量子假說教師介紹普朗克對(duì)電磁波輻射所作的量子化假設(shè)：振動(dòng)物體的能量只能取特定的一組允許值。這種思想在當(dāng)時(shí)并沒有引起人們多少注意，但愛因斯坦敏銳地捕捉了這一思想閃光，并徹底貫穿到光的輻射與吸收問題中。

教師介紹光子說，并顯示文字內(nèi)容：

在空間傳播的光(的能量)不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光量子，簡(jiǎn)稱光子，一份光子的能量E=hv。

用光子說對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律作解釋用如圖7所示動(dòng)畫輔助描述光子說下的光電效應(yīng)：光子像下雨一樣落在金屬表面上，打出電子，就像機(jī)槍子彈從混凝土墻上打下混凝土塊一樣。

解釋極限頻率的存在;

解釋光電效應(yīng)的瞬時(shí)性;

給出逸出功概念，用光電效應(yīng)方程

(屏幕展示)解釋光電子最大初動(dòng)能只與入射光頻率正相關(guān);

解釋光電流的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。

小結(jié)在愛因斯坦提出光子模型后，用來解釋光電效應(yīng)變得出奇地簡(jiǎn)單明了，今天，我們中學(xué)生運(yùn)用光電方程計(jì)算光電效應(yīng)已不是什么難題，但在上個(gè)世紀(jì)初，科學(xué)家對(duì)量子化的物理卻極不適應(yīng)，愛因斯坦的獨(dú)創(chuàng)性、物理洞察力和對(duì)簡(jiǎn)潔解釋的追求使他在忙碌的1905年發(fā)表了相對(duì)論，成功解釋了光電效應(yīng)，建樹起近代物理學(xué)研究的兩座豐碑。

四、密立根精確實(shí)驗(yàn)證實(shí)光電效應(yīng)方程

引入至此，研究光電效應(yīng)的科學(xué)活動(dòng)并未完成，愛因斯坦的光子假設(shè)與光電方程作為假說──一種有根據(jù)的猜測(cè)，一種嘗試性的未經(jīng)確認(rèn)的看法，要上升為理論，要為人們認(rèn)同──當(dāng)時(shí)對(duì)這一假說的懷疑超過了狹義相對(duì)論，甚至包括普朗克本人也持反對(duì)態(tài)度，還必須經(jīng)受實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。許多物理學(xué)家都想方設(shè)法用實(shí)驗(yàn)測(cè)量普朗克恒量h，驗(yàn)證光電效應(yīng)方程。

簡(jiǎn)介密立根的工作一直對(duì)光子假設(shè)持有保留的美國(guó)物理學(xué)家密立根，設(shè)計(jì)了高精確度的實(shí)驗(yàn)裝置如圖8所示，經(jīng)過十年的試驗(yàn)，不斷解決一些技術(shù)難點(diǎn)，終于驗(yàn)證了光電方程的直線性，并測(cè)出普朗克恒量h=6.56×10-34j·s，在事實(shí)面前，密立根服從真理，宣布愛因斯坦假說得到證實(shí)?？茖W(xué)就是嚴(yán)峻的懷疑態(tài)度和對(duì)新思想的開放態(tài)度的混合，科學(xué)常常會(huì)發(fā)生這種情況：科學(xué)家說：“那的確是個(gè)好論據(jù)，我錯(cuò)了?！比缓笳娴母淖兿敕?，揚(yáng)棄舊觀點(diǎn)，科學(xué)就是這樣進(jìn)步的。

全課總結(jié)本課學(xué)習(xí)，我們了解了光電效應(yīng)現(xiàn)象，了解了進(jìn)行科學(xué)活動(dòng)的方法。光電效應(yīng)把我們帶進(jìn)了量子化的物理學(xué)，光電效應(yīng)告訴我們理解微觀世界要有新的觀念，光電效應(yīng)引領(lǐng)了近代物理學(xué)的發(fā)展，對(duì)哲學(xué)、文化和技術(shù)的影響深遠(yuǎn)。讓我們懷著對(duì)量子理論先驅(qū)們的崇敬心情，從科學(xué)回到生活。

播放音樂與三位物理學(xué)家資料畫像，如圖9所示。

[課件簡(jiǎn)介]本課件采用PowerPointXP-F1ashMX制作，充分發(fā)揮PowerPoint媒體展示功能與FIashMX的強(qiáng)大的動(dòng)畫功能。其制作過程如下：

一、素材的采集與制作。用超級(jí)解霸采集所需的CD音樂;通過網(wǎng)上搜索和掃描儀掃描所需的圖片：用F1ashMX制作用波動(dòng)理論解釋光電效應(yīng)的動(dòng)畫、光子說解釋光電效應(yīng)的動(dòng)畫。

二、系統(tǒng)集成：把各種素材用PowerPointXP做成一定交互能力的幻燈片。