實驗—啟思—引探

張校銀 王童燁 謝陳祎奔 翁丹琪

一、 設(shè)計思想

演示實驗是學(xué)生觀察物理現(xiàn)象的源泉、理解物理知識的基礎(chǔ)。但是如果我們的演示實驗，只是將現(xiàn)象簡單地羅列展示一番，那么學(xué)生的感受最多只是停留在直覺的水平上，難以收到預(yù)期效果。

教材上的觀察光電效應(yīng)演示實驗只是簡單演示了用紫外線光照射帶負(fù)電的鋅板，觀察指針變化情況。這樣的一個簡單的演示實驗如果直接給出“這就是光電效應(yīng)現(xiàn)象”的結(jié)論的話，學(xué)生沒有連貫的感受，只會一頭霧水，對所學(xué)的知識點難以真的吸收。

為此，我們改進(jìn)實驗過程，重新設(shè)計實驗方案，合理安排演示順序，盡可能引導(dǎo)學(xué)生主動探索、分析、得出主觀結(jié)論。

二、 前期分析

本節(jié)內(nèi)容選自人民教育出版社高中物理選修3-5第二章第二節(jié)，在此之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了能量量子化的相關(guān)內(nèi)容，已經(jīng)對量子化有了一定的了解。通過本節(jié)實驗及分析，再現(xiàn)光的粒子性誕生的過程，并初步涉及量子物理學(xué)理論。本節(jié)內(nèi)容復(fù)雜，需要教師幫學(xué)生理清知識結(jié)構(gòu)，以使學(xué)生從宏觀上把握教材內(nèi)容。

基于學(xué)習(xí)任務(wù)分析，依照物理新課程標(biāo)準(zhǔn)對光電效應(yīng)這節(jié)課的教學(xué)要求，本節(jié)課的教學(xué)重點和教學(xué)難點是：

（一）教學(xué)重點：1.通過光電效應(yīng)的實驗，知道影響光電效應(yīng)的因素；

2.理解產(chǎn)生光電效應(yīng)的原理。

（二）教學(xué)難點：1.理解光電效應(yīng)現(xiàn)象的本質(zhì)原因；

2.通過探究光電效應(yīng)實驗規(guī)律，正確認(rèn)識光電效應(yīng)實驗規(guī)律。

三、 教學(xué)目標(biāo)

知識與技能：

（一）了解并識別光電效應(yīng)現(xiàn)象；

（二）能表述光電效應(yīng)的實驗規(guī)律。

過程與方法：

（一）經(jīng)歷“探究光電效應(yīng)的規(guī)律”過程，體驗實驗探究的方法；

（二）領(lǐng)略“觀察——實驗——提出假說——實驗驗證”的研究方法。

情感態(tài)度與價值觀：

（一）體驗探究自然界規(guī)律的艱辛、喜悅與方法；

（二）體會吳加澍老師實驗教學(xué)思想，能通過實驗啟發(fā)思想開拓思維并積極探討物理現(xiàn)象。

（三） 學(xué)習(xí)科學(xué)家善于發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，并通過不懈努力解決問題的精神，學(xué)習(xí)調(diào)整自己方案、設(shè)計方案的能力。

四、 教學(xué)過程

（一）新課引入

光究竟是什么？這似乎應(yīng)該不是什么問題了，從光的微粒說到電磁本質(zhì)，這似乎已經(jīng)使光的波動理論達(dá)到完美了。那么又是什么現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，讓科學(xué)家們又談?wù)撈饋怼肮獾牧Ｗ有浴蹦?？下面就讓我們來看看這個實驗現(xiàn)象和發(fā)現(xiàn)過程吧。

（二）新課進(jìn)行

1.介紹裝置

一一介紹實驗裝置，分別介紹鋅板、銅板、驗電器、紫外線燈、白熾燈，并在黑板上畫出該演示實驗的簡略圖。

2.演示實驗

將鋅板與驗電器用導(dǎo)線連接，先給鋅板帶上負(fù)電，此時觀察到驗電器指針張開；開啟紫外光燈后，驗電器指針逐漸閉合。請學(xué)生分析并解釋所見現(xiàn)象。對于同學(xué)們提出的方案進(jìn)行實驗。

3.實驗改進(jìn)

根據(jù)學(xué)生提出的方案，給鋅板帶上正電荷，重復(fù)上述實驗，卻未見驗電器指針閉合，這表明紫外線的電離作用在該實驗中屬次要因素，可以不計。

4.實驗延伸

（1）改用白熾燈照射帶負(fù)電的鋅板，驗電器指針不偏轉(zhuǎn)，即使增加燈光強(qiáng)度，或延長照射時間，結(jié)果仍然一樣。由此可見，要產(chǎn)生光電效應(yīng)，入射光需要具備一定的外因。

（2） 用紫外線照射帶負(fù)電的銅板，驗電器指針不偏轉(zhuǎn)。這表明光電效應(yīng)還與物體本身的內(nèi)因條件有關(guān)

（3）用紫外線照射原來不帶電的鋅板，按理也會發(fā)生光電效應(yīng)，使鋅板帶上正電。但實際上卻觀察不到驗電器指針張開的現(xiàn)象。再用一帶正電的玻璃棒放在鋅板附近，注意兩者距離不要過近，以剔除靜電感應(yīng)的影響。帶正電的玻璃棒形成的附加電場，用來幫助光電子克服鋅板反向電場的阻礙作用，結(jié)果又呈現(xiàn)出預(yù)期的光電效應(yīng)現(xiàn)象。

（三）實驗規(guī)律探究

1.介紹自制教具及物理概念

向同學(xué)們介紹教師自己制作的教具，并在黑板上畫出光電效應(yīng)實驗原理圖，根據(jù)以上所講的內(nèi)容，請同學(xué)講述該電路圖工作原理。介紹光電子、光電流、光的頻率、光的強(qiáng)弱等相關(guān)的物理概念。

2.演示實驗

（1）在光照條件不變的情況下，移動滑動變阻器，改變光電管兩端的電壓，隨著電壓的增大，電流傳感器顯示的電流趨向于一個飽和值。重復(fù)實驗步驟，最終得到在該光照條件下一個平均值并記錄。這個電流稱之為飽和電流。

（2）在光顏色不變的條件下，增大光照強(qiáng)度，移動滑動變阻器，隨著電壓的增大，電流傳感器顯示的電流趨向于另一個飽和值。比較兩個值。

（3）移動滑動變阻器，當(dāng)光電管兩端電壓為零時，電流傳感器顯示的電流并不為零。只有施加反向電壓，電流才可能為零。這個使電流為零的反向電壓稱為遏止電壓。在光顏色不變的情況下改變光的強(qiáng)度，以及在光強(qiáng)度不變的情況下改變光的顏色，請同學(xué)們觀察演示結(jié)果，思考后得出自己的結(jié)論。

（4）在光強(qiáng)度不變的情況下，減小光的頻率，當(dāng)頻率減小到一定程度時，即使不加反向電壓，電路中也沒有電流。觀察不同金屬的截止頻率是否相同。

（四）實驗總結(jié)

五、板書設(shè)計

2.2 光電效應(yīng)

一、 光電效應(yīng)演示裝置

二、 基礎(chǔ)演示實驗：思考討論驗電器指針閉合的原因

三、 實驗改進(jìn)及延

四、 實驗規(guī)律探究

五、 實驗結(jié)論：同學(xué)們在課后自己歸納總結(jié)