《第一節(jié) 光電效應(yīng) 光子說》導學案

《第一節(jié)光電效應(yīng)光子說》導學案班次：組號：姓名：【學習目標】知識與能力目標：理解光電效應(yīng)現(xiàn)象和光子說的基本概念；能運用光子說解釋光電效應(yīng)的實驗規(guī)律。過程與方法目標：通過分析光電效應(yīng)的實驗現(xiàn)象，學會歸納總結(jié)規(guī)律的方法；通過對比經(jīng)典電磁理論和光子說對光電效應(yīng)的解釋，提高邏輯思維能力。情感態(tài)度與價值觀目標：感受科學家探索微觀世界的艱辛與智慧，培養(yǎng)對科學研究的興趣和尊重科學的態(tài)度?！緦W法指導】預習探究、小組討論、實驗觀察、對比分析、總結(jié)歸納【重、難點】重點：1、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律。2、光子說的內(nèi)容及其對光電效應(yīng)的解釋。難點：1、理解光子能量與頻率的關(guān)系。2、如何運用光子說解釋光電效應(yīng)中存在極限頻率等現(xiàn)象?！菊n前檢測】1、光電效應(yīng)是指（）A.金屬在光照下發(fā)射電子的現(xiàn)象B.金屬在加熱下發(fā)射電子的現(xiàn)象C.金屬在通電下發(fā)射電子的現(xiàn)象D.金屬在磁場作用下發(fā)射電子的現(xiàn)象2、關(guān)于光電效應(yīng)，下列說法正確的是（）A.只要光照射的時間足夠長，任何金屬都能發(fā)生光電效應(yīng)B.從金屬表面逸出的光電子的最大初動能越大，這種金屬的逸出功越小C.極限頻率越大的金屬材料逸出功越大D.入射光的光強一定時，頻率越高，單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)就越多3、以下關(guān)于光子說的敘述，正確的是（）A.光子說就是牛頓提出的微粒說B.光子說認為光是一份一份不連續(xù)的能量，每一份叫一個光子C.光子說認為光的能量是連續(xù)的，可以取任意值D.光子說成功解釋了光的干涉和衍射現(xiàn)象【知識鏈接】一、光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)之旅在19世紀末的時候啊，科學家們都在忙著探索各種奇妙的物理現(xiàn)象。有個叫赫茲的科學家，他在做電磁實驗的時候，意外地發(fā)現(xiàn)了一個超級有趣的現(xiàn)象。他發(fā)現(xiàn)當用紫外線照射兩個金屬電極的時候，電極之間就很容易產(chǎn)生電火花。這就像是你在黑暗中摸索，突然發(fā)現(xiàn)了一個神秘的開關(guān)，打開了一扇通往新物理世界的大門。當時的科學家們都很疑惑，按照經(jīng)典的電磁理論，這個現(xiàn)象似乎有點難以解釋。這就好比你一直用一種習慣的方式去理解一個東西，突然這個東西做出了不符合你理解的行為，你是不是也會覺得很奇怪呢？于是，更多的科學家就開始投入到對這個現(xiàn)象的研究當中，這個現(xiàn)象就是我們現(xiàn)在所說的光電效應(yīng)。二、經(jīng)典電磁理論的困境經(jīng)典電磁理論在解釋光電效應(yīng)的時候，就像是一個迷路的人在森林里亂轉(zhuǎn)。比如說，按照經(jīng)典理論，只要光足夠強，不管光的頻率是多少，都應(yīng)該能打出電子來?？墒悄?，實驗結(jié)果卻不是這樣的。在實驗中發(fā)現(xiàn)，每種金屬都有一個極限頻率，只有當光的頻率大于這個極限頻率的時候，才能發(fā)生光電效應(yīng)。這就好比你有一把特殊的鑰匙，只能開特定頻率的鎖一樣。而且，經(jīng)典理論還不能解釋光電效應(yīng)發(fā)生的時間極短這個現(xiàn)象。這就好像經(jīng)典理論這個工具，在光電效應(yīng)這個大工程面前，有點力不從心啦?！緦W習過程】一、導入咱們先來講個小故事哈。有個叫小明的同學，他特別喜歡搗鼓一些小電器。有一天，他拿著一個小金屬片，在陽光下擺弄，他就想啊，這金屬片在陽光下會不會有什么特別的反應(yīng)呢？他突然就想到了他在物理課上學到的光電效應(yīng)。這就像我們在生活中，總會突然把學到的知識和實際的東西聯(lián)系起來一樣。那光電效應(yīng)到底是怎么一回事呢？今天我們就來好好研究研究。二、點評學案完成情況1、表揚那些認真完成課前檢測的同學，給大家分享一下做得好的地方，比如對概念的理解比較準確。2、指出大家普遍存在的問題，像是對某些概念容易混淆之類的。三、明確本堂課的任務(wù)目標同學們，今天這堂課啊，我們就像是一群探險家，要去探索光電效應(yīng)和光子說的神秘世界。我們要搞清楚光電效應(yīng)的實驗到底是怎么做的，會出現(xiàn)哪些奇妙的現(xiàn)象，還有光子說這個神奇的理論是怎么來的，又怎么能夠解釋光電效應(yīng)的這些現(xiàn)象。這就像是我們要去解開一個超級復雜的謎題一樣，是不是很有趣呢？四、光電效應(yīng)的實驗探究1、實驗裝置介紹同學們，想象一下，我們面前有一個很精致的實驗裝置。這里有一個金屬板，就像一塊小小的金屬陸地，還有一個光源，這個光源就像是太陽，能發(fā)出各種各樣的光。還有一些測量儀器，就像是精密的小偵探，能探測到電子的情況呢。2、實驗現(xiàn)象觀察（1）改變光的強度我們先讓光源發(fā)出光，然后慢慢改變光的強度。這時候我們會發(fā)現(xiàn)一個很奇怪的現(xiàn)象。當光的頻率低于某個值的時候，不管我們把光的強度調(diào)得多大，都沒有電子從金屬板上跑出來。這就像是你怎么用力敲門，門就是不開一樣，是不是很奇怪呢？（2）改變光的頻率然后我們再改變光的頻率。當光的頻率達到某個特定的值之后，哪怕光的強度很弱，也會有電子從金屬板上跑出來。而且啊，隨著光頻率的增加，跑出來的電子的能量也會增加。這就像是你找到了正確的密碼，輕輕一按，門就開了，而且門開得越大（電子能量越大），密碼越復雜（光的頻率越高）呢。3、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律總結(jié)（1）存在極限頻率：每種金屬都有一個極限頻率，只有當入射光的頻率大于這個極限頻率的時候，才能發(fā)生光電效應(yīng)。這就好比每種金屬都有自己的個性，只有滿足它的特定要求（頻率大于極限頻率），它才會把電子這個小寶貝放出來。（2）瞬時性：光電效應(yīng)的發(fā)生幾乎是瞬時的，只要光的頻率大于極限頻率，光照到金屬上，幾乎馬上就有電子逸出。這就像你按下開關(guān)，燈幾乎立刻就亮了一樣迅速。（3）光電流與光強的關(guān)系：在能發(fā)生光電效應(yīng)的情況下，光電流的強度與入射光的強度成正比。這就好像你給工人的報酬（光強）越多，愿意出來干活（產(chǎn)生光電流）的工人（電子）就越多。五、小組討論：經(jīng)典電磁理論的解釋與實驗矛盾之處1、分組同學們分成幾個小組，就像組成幾個小探險隊一樣。每個小組大概四五個人，大家可以自由組合，但是要保證每個小組都有積極發(fā)言的同學哦。2、討論內(nèi)容每個小組討論一下經(jīng)典電磁理論在解釋光電效應(yīng)實驗現(xiàn)象的時候，到底哪里出現(xiàn)了問題。就像我們一起找一個迷路的人的錯誤路線一樣。3、小組展示每個小組派一個代表來分享一下你們小組的討論結(jié)果。比如說，有的小組可能會說經(jīng)典理論認為光強足夠大就能打出電子，但是實驗表明有極限頻率的限制，這就是矛盾的地方。六、光子說的提出1、愛因斯坦的智慧之光這時候啊，愛因斯坦就像一個超級英雄一樣出現(xiàn)了。他提出了光子說。他認為光不是像以前認為的那樣是連續(xù)的能量，而是一份一份的，每一份就叫做一個光子。這就好比把一大袋糖果分成了一小包一小包的，每一小包就是一個光子。2、光子能量與頻率的關(guān)系光子的能量是和它的頻率有關(guān)系的，這個關(guān)系就是光子的能量等于普朗克常量乘以頻率，也就是E=hν（這里的E就是光子能量，h是普朗克常量，ν是頻率）。這就像是不同顏色（頻率）的糖果包，里面的糖果能量（光子能量）是不一樣的。七、光子說對光電效應(yīng)的解釋1、極限頻率的解釋根據(jù)光子說，光子的能量要足夠大才能把電子從金屬中打出來。如果光子的能量小于金屬的逸出功（這個逸出功就像是把電子從金屬這個小房子里拉出來需要的最小力氣），那就沒辦法把電子打出來。而光子能量和頻率有關(guān)，所以就存在一個極限頻率，當光的頻率對應(yīng)的光子能量等于逸出功的時候，這個頻率就是極限頻率。這就好比你要搬一個很重的東西，你力氣不夠（光子能量小于逸出功）就搬不動，只有力氣達到一定程度（頻率達到極限頻率）才能搬得動。2、瞬時性的解釋光子打在金屬上的時候，是一個光子和一個電子相互作用。只要光子的能量足夠大，這個相互作用是瞬間完成的，所以光電效應(yīng)的發(fā)生是瞬時的。這就像一顆子彈（光子）擊中一個目標（電子），只要子彈的力量足夠，就能立刻把目標擊中，不存在慢慢積累力量的過程。3、光電流與光強關(guān)系的解釋光強越大，說明單位時間內(nèi)的光子數(shù)目越多。光子數(shù)目越多，能打出的電子就越多，所以光電流就越大。這就像你請的工人越多（光子數(shù)目越多），能完成的工作量（光電流）就越大。八、合作探究，小組展示1、探究光子說與經(jīng)典電磁理論的本質(zhì)區(qū)別（1）小組討論各小組討論光子說和經(jīng)典電磁理論在本質(zhì)上到底有哪些不一樣的地方。（2）展示與交流小組代表發(fā)言，比如說光子說認為光的能量是不連續(xù)的，而經(jīng)典電磁理論認為光是連續(xù)的能量波之類的區(qū)別。2、探究影響光電效應(yīng)中光電子最大初動能的因素（1）小組討論同學們在小組里討論，到底哪些因素會影響光電子的最大初動能呢？（2）展示與交流小組代表可能會說根據(jù)光子說，光電子的最大初動能等于光子能量減去金屬的逸出功，所以光子的頻率和金屬的逸出功會影響光電子的最大初動能。九、課堂小結(jié)同學們，今天我們就像是經(jīng)歷了一場奇妙的物理之旅。我們從光電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)開始，看到了經(jīng)典電磁理論在解釋這個現(xiàn)象時的困境，然后跟著愛因斯坦的腳步，走進了光子說的神奇世界，并且用光子說成功地解釋了光電效應(yīng)的各種實驗規(guī)律。這就像是我們在一個迷宮里，從迷茫到找到出口一樣，是不是很有成就感呢？十、當堂演練：1、一束光照射到金屬板上，發(fā)生了光電效應(yīng)。如果增大光的強度，下列說法正確的是（）A.逸出的光電子的最大初動能增大B.逸出的光電子的最大初動能不變C.單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目減少D.單位時間內(nèi)逸出的光電子數(shù)目不變2、對于某種金屬，當入射光的頻率為ν時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為Ekm。當入射光的頻率變?yōu)?ν時，產(chǎn)生的光電子的最大初動能為（）（已知普朗克常量為h，金屬的逸出功為W0）A.3EkmB.Ekm+2hνC.Ekm-2hνD.Ekm+hν3、某金屬的逸出功為W0，用波長為λ的光照射該金屬，能產(chǎn)生光電效應(yīng)。則該光的頻率為（）（已知光速為c）A.W0/hB.c/λC.W0/h+c/λD.c/λ-W0/h十一、作業(yè)1、復習光電效應(yīng)和光子說的相關(guān)知識，制作一個思維導圖。2、查閱資料，了解光電效應(yīng)在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用，寫一篇小短文介紹。十二、學后反思我的收獲：1