人教版物理教材选修3-5 第十七章第2节《光的粒子性》名师教案

光的粒子性——光电效应一、概述本课题为普通高中物理选修（3-5）第五章波和粒子第一节，高三理科班课程，学时一课时。

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．二、核心素养经历“探究光电效应的规律”过程，让学生获得探究活动的体验，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．三、教学目标1. 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．2. 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．3. 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．四、学情分析学生已经在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。

五、教学过程课前：登陆优教平台，发送预习任务。

根据优教平台上学生反馈的预习情况，发现薄弱点，针对性教学。

<一> 引言师：前几节课我们了解了人们在研究光的本性过程提出的几种有代表性的学说。

（简单回顾光的微粒说和波动说的发展过程）自从麦克期韦提出光的电磁说，赫兹又用实验证实了麦克斯韦的理论后，光的波动理论发展到了完美的地步。

第十七章波粒二象性第二节光的粒子性学案班别姓名学号一、自主预习1．光电效应现象光电效应：在光的照射下金属中的电子从金属表面逸出的现象，叫做__________，发射出来的电子叫做光电子。

2．光电效应规（1）每种金属都有一个极限________。

（2）光子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的________增大而增大。

（3）光照射到金属表面时，光电子的发射几乎是__________的。

（4）光电流的强度与入射光的________成正比。

3．爱因斯坦光电效应方程（1）光子说：空间传播的光的能量是不连续的，是_________的，每一份叫做一个光子。

光子的能量为ε=hν，其中h是普朗克常量，其值为__________。

（2）光电效应方程：E k=hν–W0。

其中hν为入射光的能量，E k为光电子的最大初动能，W0是金属的________。

4．遏止电压与截止频率（1）遏止电压：使光电流减小到_________的反向电压U c。

（2）截止频率：能使某种金属发生光电效应的最小频率叫做该种金属的_________（又叫极限频率）。

不同的金属对应着不同的极限频率。

（3）逸出功：电子从金属中逸出所需做功的最小值，叫做该金属的__________。

光电效应频率频率瞬时强度一份一份 6.63×10–34 J·s 逸出功零截止频率逸出功二、课堂突破两条线索（1）通过频率分析：光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大。

（2）通过光的强度分析：入射光强度大→光子数目多→产生的光电子多→光电流大。

图线形状与入射光频①极限频率：图线与ν②逸出功：值③普朗克常量：图线的斜率颜色相同、强度不同的光， ①遏止电压②饱和光电流③最大初动能：颜色不同时，光电流与电①遏止电压②饱和光电流③最大初动能与入射光频率①截止频率②遏止电压增大③普朗克常量子电量的乘积，即极之间接反向电压）0A ．当换用频率为ν1（ν1<ν0）的光照射阴极 K 时，电路中一定没有光电流B ．当换用频率为ν2（ν2>ν0）的光照射阴极K 时，电路中一定有光电流C ．当增大电路中电的电压时，电路中的光电流一定增大D ．当将电极性反接时，电路中一定没有光电流产生参考答案：BA 、当换用频率为ν1（ν1＜ν0）的光照射阴极K 时，入射光的频率可能大于金属的极限频率，发生光电效应，电路中可能有光电流．故A 错误．B 、频率为ν0的光照射到阴极K 上时，电路中有光电流，知发生了光电效应，当换用频率为ν2 （ν2＞ν0）的光照射阴极K 时，一定能发生光电效应，一定有光电流．故B 正确．C 、增大电源电源，电路中的光电流可能达到饱和值，保持不变．故C 错误．D 、将电源的极性反接，电子做减速运动，可能能到达阳极A ，电路中可能有光电流．故D 错误 故选：B ．三、巩固训练1．某光源发出的光由不同波长的光组成，不同波长的光的强度如图所示。

光的粒子性一、教学目标1、知识与技能（1）光电效应现象具有哪些规律．（2）人们研究光电效应现象的目的性．（3）爱因斯坦的光子说对光电效应现象的解释．2、过程与方法(1)观察用紫外线灯照射锌板的实验，分析现象产生的原因．(2)观察光电效应演示仪的实验过程，掌握分析现象所得到的结论．3、态度、情感、价值观结合物理学发展史使学生了解到科学理论的建立过程，渗透科学研究方法的教育．二、教学重点与难点分析：（1）光电效应现象的基本规律、光子说的基本思想和做好光电效应的演示实验是本节课的重点(2)发生光电效应时光电流的强度为什么跟光电子的最大初动能无关，只与入射光的强度成正比．三、教学过程：1、什么是光电效应现象？什么是光电子？什么是光电流？在光（包括不可见光）的照射下从物体发射出电子的现象叫做光电效应现象。

发射出的电子叫做光电子。

由于光电子而导致的回路电流叫光电流。

例1、在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连.用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图5-1所示.这时( )A.锌板带正电，指针带负电B.锌板带正电，指针带正电C.锌板带负电，指针带正电D.锌板带负电，指针带负电例2、光电效应实验的装置如图5-4所示，则下列说法中正确的是()A.用紫外光照射锌板，验电器指针会发生偏转B.用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C.锌板带的是负电荷D.使验电器指针发生偏转的是正电荷例3、在图5-6所示的光电管的实验中，发现用一定频率的A 单色照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B 单色光照射时不发生光电效应，那么( )A.A 光的频率大于B 光的频率B.B 光的频率大于A 光的频率C.用A 光照射光电管时流过电流表G 的电流方向是a 流向bD.用A 光照射光电管时流过电流表G 的电流方向是b 流向a2、光电效应有那些规律？实验研究：向学生介绍光电效应演示仪．在黑板上画一示意图，如图所示．S 为抽成真空的光电管，C 是石英窗口，光线可通过它照射到金属板K 上，金属板A 和K 组成一对电极与外部电路相连接．光源为白炽灯，在光源和石英窗口C 之间插入不同颜色的滤光片可以改变入射光的频率，光源的亮度可以通过另一套装置调节．观察现象一：在没有光照射K 时，电压表有示数，电流表没有示数，说明什么？观察现象二：保持AK 间电压一定，灯泡亮度一定，在窗口 C 前依次放上红色、橙色、绿色滤光片，观察到红光照射金属板K 时没有光电流，橙光和绿光照射时有光电流．用红光照射时改变入射光的亮度和改变电场电压都不发生光电效应．观察现象三：逐渐减小KA 间的正向电压，直到电压为零时，电流表仍有示数，说明光电流依然存在．如果在KA 间加一反向电压，则光电流变小，增大反向电压，使光电流刚好为零．实验结论：（1）金属表面被光照射可在10-9s 的时间内打出光电子，即光电效应几乎是瞬间发生的。

17.2光的粒子性【重点难点】1光电效应的实验规律2 爱因斯坦光电效应方程以及意义【读书指导】根据读书指导，课前自主完成一、光电效应的实验规律实验演示：（参见教材图17.2-1）介绍实验器材，并引导学生观察实验现象。

问题1（A类）你发现了什么现象？这个现象说明了什么？问题2（B类）这是一种什么现象呢？如何描述？问题3（A类）光电效应还会有哪些现象呢？引导学生分析实验装置（教科书图17.2-2）问题4（B类）按图17.2-2连接的电路，AK两端的电压成为正向电压，起到什么作用的呢？（提示：试用带电粒子在电场中的运动知识解释）不加正向电压电路中有电流吗？问题5（B类）保持光照条件不变，调节滑动变阻器逐渐加大两极之间的电压，大家分析电流会怎样变化？（观察演示实验）问题6（B类）若当A接负极，K接正极时, 保持光照条件不变，逐渐加大两极之间的电压大家分析电流会怎样变化？（提示：利用类比的思想即和问题4方法，进行分析）问题7（B类）加遏止电压，光电流为0，那么不加是否也可以为0呢？（观察演示实验）问题8（C类）按照经典理论解释加了遏止电压后，如果再增大入射光的强度，电路中会有光电流吗？减弱光的强度，遏止电压会减小吗？问题9（C类）按经典的电磁理论，请你猜想，如果入射光的频率超过截至频率，第一次用很弱的光照射，第二次用很强的光照射，请问那一次光电子从锌板跑出来的时间长些？但实验的结果又是怎样的呢？二．光电效应解释中的疑难问题10（B类）同学们根据自己已有的知识对光电效应可能发生的现象进行了猜测和分析，我们发现我们的推测与实验大相径庭，是我们学的知识错了还是面对新的实验事实应该建立新的理论呢？而根据你学过的知识和观点，哪些观点对你解释实验现象能有所启示？三．爱因斯坦的光电效应方程问题11（B类）你能否尝试用爱因斯坦的理论解释光电效应现象？【典型例题】：【例1】对于任何一种金属，必须满足下列哪种条件，才能发生光电效应 ( ) A．入射光的强度大于某一极限强度B．入射光的波长大于某一极限波长C．入射光照射时间大于某一极限时间D．入射光的频率大于某一极限频率【例2】利用光子说对光电效应的解释，下列说法正确的是( )A．金属表面的一个电子只能吸收一个光子B．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子C．金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出D．无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子【例3】．现有a、b、c三束单色光，其频率关系为va<vb<vc c，用b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应。

粒子的波动性★新课标要求（一）知识与技能1．了解光既具有波动性，又具有粒子性。

2．知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性。

3．知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。

（二）过程与方法1．了解物理真知形成的历史过程。

2．了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性。

3．知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。

（三）情感、态度与价值观1．通过学生阅读和教师介绍讲解，使学生了解科学真知的得到并非一蹴而就，需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正与修正。

2．通过相关理论的实验验证，使学生逐步形成严谨求实的科学态度。

3．通过了解电子衍射实验，使学生了解创造条件来进行有关物理实验的方法。

★教学重点实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系。

★教学难点实物粒子的波动性的理解。

★教学方法学生阅读－讨论交流－教师讲解－归纳总结★教学用具：课件：PP演示文稿（科学家介绍，本节知识结构）。

多媒体教学设备。

★课时安排 1 课时★教学过程（一）引入新课提问：前面我们学习了有关光的一些特性和相应的事实表现，那么我们究竟怎样来认识光的本质和把握其特性呢？请同时举出相应的事实基础。

学生阅读课本、思考后回答：光是一种物质，它既具有粒子性，又具有波动性。

在不同条件下表现出不同特性。

（分别举出有关光的干涉衍射和光电效应等实验事实）。

点评：让学生阅读课本内容结合前面所学知识进行归纳总结，形成正确观点。

教师：原来我们不能片面地认识事物，能举出本学科或其他学科或生活中类似的事或物吗？学生举例说明：例如哲学中对事物的辨正观点等。

点评：培养学生对事物或规律的全面把握，并与与其他学科进行横向渗透联系。

（二）进行新课1、光的波粒二象性教师：讲述光的波粒二象性。

在学生的辨析说明下进行归纳整理。

（1）我们所学的大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。

光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。

第十七章波粒二象性〔情景切入〕1990年，德国物理学家普朗克提出了一个大胆的假设：粒子的能量只能是某一最小能量值的整数倍。

这一假说不仅解决了热辐射问题，同时也改变了人们对微观世界的认识。

光在爱因斯坦的眼里成了“粒子”，电子、质子等在德布罗意看来具有了波动性……光到底是什么？实物粒子真的具有波动性吗？让我们一起进入这种神奇的微观世界，去揭开微观世界的奥秘吧。

〔知识导航〕本章内容涉及微观世界中的量子化现象。

首先从黑体和黑体辐射出发，提出了能量的量子化观点，进而通过实验研究光电效应现象，用爱因斯坦的光子说对光电效应的实验规律做出合理解释，明确了光具有波粒二象性，进而将波粒二象性推广到运动的实物粒子，提出了德布罗意波的概念，经分析和研究得出光波和德布罗意波都是概率波以及不确定性关系的结论。

本章内容可分为三个单元：(第一～二节)主要介绍了能量量子化和光的粒子性；第二单元(第三节)介绍了粒子的波动性；第三单元(第四～五节)介绍了概率波和不确定性关系。

本章的重点是：普朗克的能量量子化假设、光电效应、光电效应方程、德布罗意波。

本章的难点是：光电效应的实验规律和波粒二象性。

〔学法指导〕1．重视本章实验的理解。

本章知识理论性很强，涉及的新概念较多，也比较抽象，但它们作为物理量都有其实验事实基础，所以在学习时要结合实验来理解它们，就不会觉得那么抽象。

2．注意体会人类认识微观粒子本性的历史进程。

人类认识微观粒子本性的进程是波浪形的，在曲折中前进，旧的理论总是被新发现、新的实验事实否定，为解释新实验事实又提出新的理论。

光电效应和康普顿效应证明了光是一种粒子，但光的干涉和衍射又证明了光是一种波，因此光是一种波——电磁波，同时光也是一种粒子——光子。

也就是说光具有波粒二象性。

光在空间各点出现的概率是受波动规律支配的，因此光是一种概率波。

3．学习本章知识会用到以前学过的知识，如光的干涉、衍射，弹性碰撞、动量定理和动能定理等，因此可以有针对性地复习过去的这些知识，对顺利学习本章内容会有帮助。

高三物理选修3-5第十七章波粒二象性第二节光的粒子性导学案【教学目标】1．了解光电效应及其实验规律，感受以实验为基础的科学研究方法。

2．知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，感受科学家在面对科学疑难时的创新精神。

3．了解康普顿效应及其意义。

【教学重点】光电效应的实验规律。

【教学难点】爱因斯坦光电效应方程以及意义。

【自主学习】知识点一：光电效应的实验规律1．演示实验：把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。

用紫外线灯照射锌板如图所示，观察验电器指针的变化。

2．当光线照射在金属表面时，能使金属中的电子从表面逸出。

这个现象称为，逸出的电子称为。

3．可以用如图所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色（频率）等物理量间的关系。

阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K在受到光照时能够发射光电子。

K与A之间电压的大小可以调整，电源的正负极也可以对调。

电源按图示极性连接时，阳极A吸收阴极K发出的光电子，在电路中形成光电流。

4．存在着饱和电流（1）在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。

也就是说，在电流较小时电流随着电压的增大而增大；但当电流增大到一定值之后，即使电压再增大，电流也不会增大了，如图所示。

（2）这说明，在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发出的光电子的数目是一定的，电压增加到一定值时所有光电子都被阳极A吸收，这时即使再增大电压，电流也不会增大。

（3）实验表明，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。

这表明对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。

5．存在着遏止电压和截止频率（1）当所加电压U为0时，电流I并不为0。

只有施加反向电压，也就是阴极接电源正极，阳极接电源负极，在光电管两级间形成使电子减速的电场，电流才有可能为0。

使光电流减小到0的反向电压Uc称为。

遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度，初速度的上限vc应该满足关系为m e v c2=eU c（2）实验表明，对于一定颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。

新课教学（课件辅助讲述）用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电验电器相连），使验电器张角增大到约为30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。

课件辅助展示：光电效应现象。

提出问题：上述现象说明了什么，为什么出现这种现象。

思考问题尝试解释这种现象，并能够提出光电效应现象。

学生通过实验现象，客观的认识光电效应概念：在光(包括不可见光)的照射下，从物 体发射电子的现象叫做光电效应。

发射出来的电子叫做光电子。

介绍光电效应概念，学生能够理解这节课所涉及的概念通过对实验现象的观察，能够总结出光电效应的概念使学生清楚这一节课所研究的对象和内容。

演示：光电效应实验光照不变，增大U AK ，G 表中电流达到某一值后不再增大，即达到饱和值。

遏止电压，将电源正负极反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。

当 K 、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 Uc 时，光电流恰为0。

引导学生总结： ①实验表明：对于一定颜色的光，入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。

② 遏止电压Uc ，c221eU v m c e 实验表明:对于一定颜色(频率)的光，无论光的强弱如何，遏止电压是一样的。

光的频率改变时，遏止电压也会改变。

截止频率νc ----极限频率，对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率νc ，当入射光频率ν>νc 时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率ν <νc 时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。

③ 光电效应是瞬时的。

观察实验现象归纳总结并熟悉掌握：①对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能发生光电效应，低于这个频率就不能发生光电效应； ② 当入射光的频率大于极限频率时，入射光越强，饱和电流越大； ③光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光的频率增大而增大； ④入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9秒.通过实验现象和理论分析，培养学生观察实验现象，分析总结实验结论，掌握实验规律的实验能力。

光的粒子性-人教版选修3-5教案一、教学目标1.了解光的本质和特性，学会描述光的波动和粒子性；2.了解光的产生方式和传播方式；3.掌握光的透射规律和光在各种介质中的传播规律；4.理解各种光学现象的产生原理。

二、教学内容2.1 光的本质和特性2.1.1 光的波动性光的波动性表现在光的干涉、衍射和偏振现象上。

通过干涉、衍射实验可以证明光具有波动性。

2.1.2 光的粒子性光的粒子性表现在光电效应、康普顿散射和黑体辐射定律上。

经过光电效应实验得知，光也具有粒子性。

2.2 光的产生和传播2.2.1 光的产生光的产生有自发辐射、受激辐射和受激发射。

其中，自发辐射和受激辐射是光的产生的本质差别。

2.2.2 光的传播光在真空中传播时速度是恒定的，而在介质中传播时，由于介质的折射率的不同，光的传播速度会发生变化。

2.3 光的透射和反射2.3.1 光的透射和反射规律当光从一种介质通过到另一种介质时，会发生折射。

当光从一种介质射入另一种介质且入射角度为0时，会发生全反射。

2.3.2 光的透射和反射现象通过实验可以发现，光在不同的介质中会产生各种不同的现象，例如：光的色散现象、光的多重透射现象等。

2.4 光的衍射光的衍射是光通过狭缝或障碍物后发生的现象。

经过实验可以证明，障碍物的大小和狭缝的宽度和衍射现象密切相关。

2.5 光的偏振光的偏振是指振动方向相同且处于同一平面的光的集合。

影响光的偏振的因素包括反射、透射和折射等。

三、教学重点1.光的本质和特性；2.光的产生和传播；3.光的透射、反射、衍射和偏振。

四、教学方法1.演示法：通过演示实验的方式展示光的各种现象，帮助学生理解和掌握知识；2.探究法：引导学生通过实验和科学探究的方式深入理解光的本质和特性；3.合作学习法：通过小组合作的形式，让学生互相交流和学习，提高学习效果。

五、教学评价通过教师观察、学生表现和考试成绩等综合评价学生对于光的本质和特性、光的产生和传播、光的透射、反射、衍射和偏振等方面的掌握程度。

普通高中课程标准实验教科书—物理（选修3－5）[人教版]第十七章波粒二象性新课标要求1．内容标准（1）了解微观世界中的量子化现象。

比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。

体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。

（2）通过实验了解光电效应。

知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。

（3）了解康普顿效应。

（4）根据实验说明光的波粒二象性。

知道光是一种概率波。

（5）知道实物粒子具有波动性。

知道电子云。

初步了解不确定性关系。

（6）通过典型事例了解人类直接经验的局限性。

体会人类对世界的探究是不断深入的。

例1 通过电子衍射实验，初步了解微观粒子的波粒二象性，体会人类对于物质世界认识的不断深入。

2．活动建议阅读有关微观世界的科普读物，写出读书体会。

新课程学习17．2 科学的转折：光的粒子性★新课标要求（一）知识与技能1．通过实验了解光电效应的实验规律。

2．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。

3．了解康普顿效应，了解光子的动量（二）过程与方法经历科学探究过程，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。

（三）情感、态度与价值观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。

★教学重点光电效应的实验规律★教学难点爱因斯坦光电效应方程以及意义★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。

★教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备★课时安排2 课时★教学过程（一）引入新课提问：回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？（多媒体投影，见课件。

）学生回顾、思考，并回答。

教师倾听、点评。

光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。

19世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。

然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象。

对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。