4.2 光电效应 教学设计 -2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

教学设计 课程基本信息 学科 物理 年级 高二 学期 春季 课题 光电效应 教学目标 1.物理观念：知道什么是光电效应。 2.科学思维：通过实验了解光电效应的实验规律。 3.科学探究：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。 4.科学态度与责任：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。 教学内容 教学重点： 光电效应的实验规律 教学难点： 光电效应的实验规律 教学过程 一、新课引入 以赫兹发现光电效应的视频引入课题，激发学生兴趣。 视频介绍：赫兹在做电磁实验时还有一个意想不到的收获，为了更好的观察火花，赫兹拿一个箱子罩着接收器，却发现原本的火花更加微弱了，凭借物理学家的敏感，赫兹又进行了一系列的实验，最终发现了光电效应，当时赫兹并不能很好地解释这个现象，但他直觉，这个现象一旦被解释出来，很有可能会给物理界带来翻天覆地的变化。 二、实验演示 【演示过程】：①用毛皮摩擦PVC管，PVC管带负电，接触静电计小球，铝质的指针带负电，张角张开。②分别用LED灯、浴霸灯和紫外线灯照射，只有紫外线灯照射时张角慢慢变小了。 【实验分析】：紫外线灯的照射，能让铝片上的电子跑走。光照射金属表面的时候，会有电子从表面逸出，我们把这种现象称为光电效应。从中逸出的电子称之为光电子。 三、实验猜想 师：影响光电效应产生的因素有哪些呢？ 生：金属和光 回顾光和金属的相关知识，同时为后面的实验探究做好铺垫。 光有不同的种类，可分为可见光和不可见光，刚才的LED灯发出了可见光，我们可以通过添加滤光片的方法去获得不同颜色的光。在必修三的课本中，我们还了解到光的颜色反映的是光子的（频率）。颜色不同，光子的频率不同，能量就不同；当光强增加时，相应的光子数也会有所增加。 金属的微观结构，金属中有自由电子，与其他粒子挤挤挨挨，磕磕碰碰，做无规则热运动。但它并非完全自由，它会受到金属表面层的束缚力，因此电子并不能自发地逸出，必须先获得能量克服阻力做功。在图中的a、b电子要逸出，需要的能量也可能不一样，那些与其他粒子结合得最为松散的电子逸出时所需要的能量最小，用W0表示，换句话说，电子至少吸收W0的能量，才能脱离金属，我们把W0叫作逸出功。逸出功反映了金属对电子的束缚能力，不同金属的逸出功往往不同，比如铝，比如铯。 四、实验目的 由学生提出想研究的内容，填写在学习任务单上，再结合实验条件等因素，确定本节课研究光电子的有无、多少快慢三个问题。 五、实验探究 （一）.光电子的有无 【设计电路】 ①引导学生定量实验：真空式的光电管，在它的内部有一片瓦形的金属片（铯）和一个金属框。电路连接图 ②引导学生可视化测量：光电子逸出后可能移动到对面的金属框上，那如何检测得到呢？有没有什么可视化的仪表呢？光电管与数字式微安表组成一个闭合回路，从而画出电路连接图。阳 极 【提出猜想】：结合已学知识和演示实验，从经典理论的角度，学生对光电效应的产生影响因素提出猜想，并记录在学习任务单。阳 极 【实验探究】 ①控制光的频率和光强不变，研究金属对光电效应的影响 为了避免其他光源的影响，我们给光电管套上黑色圆筒，只露出一个小孔让 光通过。打开光源，电流表的示数变大了。与静电计演示实验对比，得出影响光电效应产生的因素是金属。 光电管（金属铯） 铝质指针（金属铝） ②研究光的频率和光强对光电效应的影响 不管红光多强，都不能发生光电效应；不管黄光和蓝光的光强多弱，都能发生光电效应。说明光的频率对光电效应的产生有影响。 红光（不同强度） 黄光（不同强度） 蓝光（不同强度） 【实验结论】：影响光电效应产生的因素是金属和光的频率。 【学生疑惑1】只要光强足够，就能克服逸出功，就能产生光电效应啊？普朗克 爱因斯坦 【 老师释疑】 回顾历史：在历史上，你无法理解和解释的实验事实也是当时物理学家们所遇到的困难。同学们，一旦科学走到了这样的转折关头，起关键作用的往往不是具体的知识，而是观念的转变。当时，普朗克为了解释黑体辐射，提出了能量子的观点，普朗克是第一个提出能量子的人，非常地伟大，但当时他刚刚提出之后，就很后悔，又想回到经典理论，试着去解释一些问题。大家注意看照片中普朗克那眼神，似乎在表明他心中的纠结；而时年26岁的科学家爱因斯坦，他不仅接受而且发展了普朗克的量子论， 【实验规律1】光电效应存在截止频率 爱因斯坦认为一个电子只能吸收一个光子的能量，而且只有光子的能量比逸出功大时，才能产生光电效应，很好地解释了实验规律。那么当一个光子能量与逸出功相等时，就恰能发生光电效应，此时光子所对应的频率是最小频率，称为截止频