《光电效应》教学设计
一、概述
·学习光电效应现象及其解释理论——光电效应方程。
·本课教材蕴含着十分丰富的教学内容：在知识方面，本课作为后牛顿物理两大支柱之――量子理论的入门，涉及到量子物理最基础的内容，也是经典物理学与量子物理学的重要衔接；同时本节还有着厚重的物理学科文化积淀，有物理学史、科学方法、辩证唯物主义思想、创新意识等人文精神教育的题材．教材在知识陈述上较为浅显直接，而关于这些知识的“背景”，则是相当丰满、承赋人文，为实施“科学的人文教育价值”提供了很大的空间．
点评：本课实际上是在光电效应的知识讲解。卞老师利用多种的教学方法激发学生学习和求知的欲望。让学生在学习中体验和领悟，让抽象的知识变得直观与简单。
二、教学目标分析
知识和能力:
了解光电效应研究史实．了解光子的概念，了解并识别光电效应现象．
能表述光电效应现象的规律，会用光子说解释光电效应现象的规律．
理解光电效应方程的各个物理量的含义及其对光电效应的解释．
了解光电效应的应用：光电开关、光电成像、光电池。
过程和方法：
经历“探究光电效应的规律”过程，获得探究活动的体验．
尝试发现波动理论面对光电效应的规律遇到的困难．
领略“观察、实验——提出假说——实验验证——新的假说……”的物理学研究正确方法．
情感态度和价值观：
体验探究自然界规律的艰辛与喜悦．
陶冶崇尚科学、仰慕科学家，欣赏物理学的奇妙与和谐的情愫．
学习科学家敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神，培养判断有关信息是否科学的意识．
点评：卞老师根据高三年级学生的年龄特点和认知水平，通过三维目标的实现，特别体现从生活走向物理，从物理走向社会，特别是对研究物理的方法与过程、情感态度与价值观的阐述做得非常到位。
三、学习者特征分析
学生已经在3-5第二章学习过原子结构和氢原子光谱与能级结构，对原子微观结构有了一定的认识。知道原子的电离过程本质。
高三理科班学生对原子的微观机理有一定的兴趣，但是，微观世界的抽象性会成为学生理解过程的主要障碍。
急于求成、重视结论型陈述、轻视物理探究史实和逻辑推理是不少理科生学习原子物理相关理论的通病，这也是这一部分知识遗忘率高的原因。
点评：卞老师对学习者特征分析主要分为三个方面：一是学习者的知识储备：如知识基础，理解能力。另一方面为学习者的学习心态：有学习兴趣，但轻过程重结论。再一个方面是学习者的遗忘率来分析。
四、教学策略选择与设计
基于教材特点，本案设计拟采用情境——陶冶教学策略与先行组织者教学策略相结合的组合策略。
本课总体设计思想是：课堂教学以光电效应规律为主线，以其三十年精彩历程为副线索，通过充分展示围绕“光电效应”所发生的发现现象、研究规律、提出假说、实验验证这样一个科学发现过程，在科学过程展示中推出学科知识，渗透科学思想方法，借助多媒体课件播放、实验装置重现现象及教师解说，着力于撼动青年学生崇尚科学的情感，弘扬深厚的物理课程文化．
点评：卞老师通过讲述物理学史激发学生学习兴趣，调动学生的学习积极性。再通过展示科学发现的过程来讲述物理的知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观。用实验的方式来加深学生对知识的理解，从而达到课程标准中的三维目标。
五、教学资源与工具设计
知识点
学习
目标
媒体
类型
媒体内容要点
教学
作用
使用
方式
所得结论
占用
时间
媒体来源
1
了解光电效应在物理学研究史上的地位
幻灯图片
围绕光电效应的三个诺贝尔物理学奖项
引起学生的兴趣
课前演示，烘托课堂气氛
光电效应在物理学研究史上的地位显赫。
3分钟
互联网收集
2
赫兹发现光电效应
幻灯图片
显示赫兹实验示意图
吸引学生注意
?边演示、边讲解
观察对于物理发现的重要性；科学研究中的“意外”发现的是给有准备的人的。
3分钟
互联网收集
3
光电效应的现象
实验
用伦琴射线照射锌板
实验现象观察
设疑—演示—讲解
实验现象表明：
1、原来不带电的锌板，在伦琴射线的照射下带上正电。
2、原来带正电的锌板，在伦琴射线的照射下所带正电电量增加。
结论：锌板失去电子
4分钟
现场演示
4
P·勒纳德研究光电效应的规律
图片
、
实验
P·勒纳德研究光电效应的规律装置示意图、光电效应规律性的实验演示 用图示光电效应演示仪演示⑴用红光、蓝光照射锌板时，不会产生光电流；⑵用玻璃隔断紫外线时，光电流消失；⑶光电流达到饱和后，改变电压，光电流不变，改变入射光强度，光电流增大．
对比初始条件、实验现象观察
设疑—演示—讲解
由学生尝试定性解释光电效应。引发经典派与反经典派的小讨论。由学生提出现有理论与观察事实的矛盾后，教师整理为两大困难，并以文字显示．引发疑问：1、光电效应现象的产生条件是什么？2、光电流的大小与哪些因素有关？3、光电效应现象到底如何解释？
15分钟
自制课件、图片、现场演示
5
经典波动理论遇到的难题
表格
经典波动理论遇到的难题
提出疑问
设疑—演示—讲解
经典波动理论遇到前所未有的难题，只能用新的理论才能解释光电效应。
5分钟
自制课件
6
利用爱因斯坦光电方程解释光电效应现象实验
模拟动画软件
通过微观重现光电效应过程，解释其原理。
增强过程分析
讲解—演示—举例(或学生讨论)
任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应，低于这个频率的光，无论光强怎样大，也不能产生光电效应。
10分钟
互联网下载课件
点评：卞老师在本节课中运用幻灯图片、实验、动画视频的课件等多种媒体，充分发挥了综合多种媒体的优势。
1、通过幻灯图片讲述物理学史来引入新课，使教学的更有情境性，对学生的情感态度与价值观的培养有了很大的作用，提高了学生学习物理的兴趣，集中了注意力，让学生更好地进入学习状态。
2、综合实验来讲述光电效应的知识。
3、通过动画视频把抽象的问题直观化，提高了教学效率，使学生易于理解。
六、教学过程
教学实录
（电子幻灯片播放，让学生在课前准备时就对光电效应产生极大的关注，事实上这个手段达到了很好的效果。）
光电效应最先由赫兹发现，他的学生勒纳德对光电效应的研究卓有成效并获1905年诺贝尔物理奖，爱因斯坦提出光子论从理论上成功解决光电效应面临的难题并因此获1921年诺贝尔物理奖，美国物理学家密立根通过精确实验证实了爱因斯坦理论，并获1923年诺贝尔物理奖．光电效应的科学之光经众多物理学家前赴后继，三十年努力求索，在物理学史上成为绚丽夺目的篇章……
（开始上课）
师：十九世纪末的经典物理研究获得空前的成功：麦克斯维的经典电磁理论确立，统一了电场与磁场理论，他所预言的电磁波被赫兹的实验证实，光的波动理论也得到空前的成功。但是，正是赫兹的实验中发现了一种与光的波动理论不协调的现象，后来人们称之为光电现象，我们今天就要追寻伟人的足迹去了解何谓光电现象，去体会这些科学家的平凡与不平凡。
大家请看实验：伦琴射线照射锌板，观察与锌板相连的静电计的指针偏转情况。
（伦琴射线管打开……）静电计指针……
生：（齐）张开了。
师：说明静电计和锌板……
生：带电了。
师：用丝绸摩擦过的玻璃棒接触静电计……
生：（齐）张开角度更大了。
师：说明静电计和锌板带什么电？
生：正电。
师：原来电中性的锌板为什么会带正电？
生：在伦琴射线照射下丢失电子。
师：这种在光的照射下物体发射电子的现象就叫作……
生：光电效应。
师：光电效应中被光照射的物体发射出来的电子叫……
生：光电子。
师：光电子的定向移动形成的电流叫……
生：作光电流。（屏幕显示光电效应、光电子、光电流概念）
师：刚才我们是通过静电方法来研究光电效应，物理研究史上勒纳德却从光电流的角度对光电效应做了很深入的研究，得出了光电效应的四条规律，因此获得1905年的诺贝尔物理学奖。追寻勒纳德的研究，我们来看看实验原理。（屏幕显示电路原理图，简介电路图）
生：（观察，思考）
师：勒纳德研究的首要任务是：光电效应的条件是什么？讲台上也摆放着一套光电流演示仪，先让我们带着这个问题来观察实验现象。（紫光灯照射锌板）
生：灵敏电流计指针偏转，有光电流产生。
师：紫光灯一打开，电流计指针就……
生：偏转
师：用普通玻璃板挡在紫光灯与锌板之间
生：（惊讶）光电流消失了。
师：普通的玻璃就可以阻挡紫外线，可见，可见光能否使锌板发生光电效应呢？
生：不能。
师：紫光灯灯光中能使锌板发生光电效应的成分是……
生：紫外线。
师：再仔细观察光电流的大小。（改变紫光灯与锌板之间的距离）
生：（惊讶）靠近时，光电流增大；远离时，光电流减小。
师：用普通玻璃板挡在紫光灯与锌板之间，把紫光灯紧贴锌板，有没有光电流？
生：（失望）没有。
师：可见光不能使锌板产生光电效应；一定频率的紫外线可以；伦琴射线也可以。从电磁波普的知识可知，这三者的频率是依次增加，实验发现只有高于一定频率的电磁波才能使锌板发生光电效应。即产生光电效应的条件是……
生：入射光的频率大于极限频率。
师：或者入射光的波长……
生：小于极限波长
师：知道了光电效应产生条件，我们再来关注它的时效性。实验中不论是伦琴射线还是紫外线引起锌板放出光电子都是……
生：很短的时间内就发生的。
师：更精确的研究表明，光电子发射经过的时间至多为10的负九次方秒。光电效应中的光电子到底从哪里来？
生： 原子核外的电子。
师：光电效应中电子克服原子核对它的吸引所做的功不同，光电子的初动能会有差异，其中最大者叫作光电子的最大初动能。现在我们通过实验录像来总结影响最大初动能的因素。（实验录像）
生：（观察后总结）光电子的最大初动能与入射光强无关，只随入射光的频率的增大而增大。
师：光电子定向移动形成光电流，但是我们知道光电流有强有弱，我们的实验中就有区别，让我们来看看勒纳德对光电流强度决定因素的研究结果。（录像，教师简要解释）
（补充：饱和光电流定义）
生：通过实验，我们了解到当存在光电流时，饱和光电流强度与入射光的强度成正相关关系
师：在勒纳德的四个结论中，我们很显然的找到了两个实验事实用经典波动理论不能解释，同学们可以尝试寻找这两个矛盾。（学生议论，回答）
生：（回答）
师：由于光电效应的瞬时性和极限频率的存在不能用经典波动理论来解释，许多物理学家投入到这项研究中，其中爱因斯坦在量子化概念的基础上，大胆地提出光子说，在理论上解决了这两个问题。（普朗克量子说→光子说→光子说对光电效应地解释→光电效应方程）
（讨论回答：为什么存在极限频率？
为什么光电效应发生时间极短？
为什么不考虑多个光子能量积累？
生：（由多个学生相互补充回答完毕）
师：（对爱因斯坦光电效应方程的理解，例题讲解）
简介密立根精确实验证实光电效应方程的历史
简介光电效应的重要应用——光电开关、光电成像、光电池。
（知识点回顾，学习目标自检）
（课程结束）
点评：通过展示三个诺贝尔物理奖以及讲述物理学史引入新课，让学生体会到学习物理的乐趣，提高学生的注意力，为学习新课做了最好的准备。
通过实验复习了旧知识，从而为本节课的知识打下了铺垫，引导学生观察实验现象，降低了学生学习新知识的难度。
进入新课后通过师生的互动，不仅仅是提问的方式，更是通过思维的互动，达到师生互动的最高境界。
通过实验、录像、课件以及教师的精心讲解，让学生明白了光电子的最大初动能、饱和光电流的定义，让学生明白产生光电效应的条件以及爱因斯坦的光电效应方程等知识。教学过程的设计是层层深入，环环相扣，通过多种媒体的使用，让原子物理的枯燥的理论变得直观易懂，从而实现了教学效果的最优化。
整节课也体现了以学生这主体，以教师为主导的双主体的教学模式，师生在和谐民主的气氛中进行教学活动，体现了课改中的师生平等，教师是平等中的首席。
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