《光电效应的实验规律》说课稿(全国实验说课大赛获奖案例)

《光电效应的实验规律》说课稿

一、使用教材

人教版高中《物理》选修3-5

二、实验器材

自制教学仪器“光电效应规律演示仪”，具体元件有：光电管(GD-28，GD-21)、开关电源、电位器、数显直流电压表头、数显直流电流表头、DC直流可调数控降压电源模块、LED变色光源、带有可调通光孔径转盘的遮光罩等

分组探究实验：太阳能滴胶板、指针式电压表、导线、各种光源（学生自备）。

其他：电脑（可供放像、课件播放等），手机（用于投影直播）

三、实验创新与改进

（一）创新

1．用自制教具将教材的理论用实验呈现，能定量、直观、方便地探究光电效应规律。

2．装置实现定量演示i — U AK图像（光电流与正向电压）、i m（饱和光电流）、i m—Ø（饱和光电流与入射光强）的关系。其中设计通过改变遮光罩光孔孔径，实现对光强的半定量控制。

通过图像对比让学生得出光电效应中存在饱和电流、遏止电压以及相关规律，同时也为分析最大初动能问题提供了基础。

3.设计拓展实验：换用不同材料的光电管，探究阴极材料的逸出功

4.分组探究太阳能滴胶板的性能，体会光电效应在生活中的应用，培养科学探究和创新精神。

（二）不足与改进

1．由于定制的传感器过于灵敏且易受干扰测量不可靠数据多，技术问题仍在突破。

2．数字电表的屏幕偏小。

四、实验原理/设计思路

1.用单色光波长范围很窄的LED光源，改变入射光频率，实现演示极限频率，产生“光电效应”的条件(以往课本实验只有紫外光，白炽灯光两种频率)；

2.在光电管两端加上直流稳压电路，发生光电效应后，通过改变电路中电位器的接入电阻实现演示光电流i和正向电压U

i — U AK）；演示饱和光电流i m；

AK的关系（即

3. 设计可变通光孔面积的遮光罩，控制入射光光强的大小，实现快捷演示饱和光电流

i m与入射光强Ø的关系（即i m—Ø）；

4.改变电路中电流方向，调节电位器的接入电阻实现演示遏止电压Uc。

5.分组探究太阳能滴胶板的性能。

五、教学目标及重难点

(一)教学目标

1.物理观念

通过光电效应的实验了解并识别光电效应现象，掌握光电效应现象产生的条件和规律。

2.科学思维

用所学的知识设计实验研究极限频率，探究影响光电流大小的因素。通过观察到的现象分析频率一定光强越强光电流越大的原因、出现饱和电流的原因、解释为什么遏止电压与光强无关只与频率有关。

3.实验探究

利用“光电效应规律演示仪”体验探究光电效应规律的过程，记录数据，分析数据，得出结论提高学生的实验探究能力。

4.科学态度与责任

从认识光电效应现象到实验归纳总结出物理规律并加以运用, 体验自然规律探究的艰辛、喜悦与方法。课堂最后通过介绍我国太阳能产业的发展提升学生的，民族自豪感，分组探究太阳能滴胶板的性能提高学生对科学探究的兴趣，提升科学态度与责任。

（二）教学重点和难点

1.重点：光电效应实验规律的理解

2.难点：饱和光电流、遏止电压等概念的建立和理解

六、教学内容

光电效应的实验规律、理论解释。

七、教学过程

（一）上节回顾

1.光电效应：在光的照射下电子从物体表面逸出的现象。光电子：光电效应中逸出的电子。

2.实验规律：①存在截止频率νc：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，恰好发生光电效应

②光电效应有瞬时性。从光开始照射到光电子逸出所需时间<10-9s。

3.光子假说：在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子。光子的能量：E＝hν

逸出功W0：使电子脱离某种金属所做功的最小值。W0＝hνc

4.光电流的意义：可以用来表征单位时间到达阳极的光电子个数。

（二）实验设计：如何控制光电流的大小

任务1：用光电管获得尽可能大的光电流

学生猜想：入射光频率、光强等，进而提出需要可变色的光源来改变入射光的频率。

由于光强的概念在课本中没有明确的指出，参考大学的光学课本明确光电效应实验中的光强指的是控制光电管阴极的面积不变，单位时间到达阴极的光子总能量即nhν,其中n表示单位时间到达阴极的总光子数。那么光强有两种控制方式：

1.通光孔大小一定，入射光频率一定，通过调节光源电压来定性的控制光强。

2.入射光频率一定，光源电压一定，改变遮光罩通光孔的面积来半定量的控制

光强（通光孔面积与光强成正比）。

【实验演示】

一、未加电压

1.红光照射：光电流为0（说明没有光电子到达阳极），增大光强，光电流仍然为0。

结论：存在截止频率，红光的频率小于截止频率

2.绿光照射：马上有电流值。

结论：光电效应有瞬时性。

换蓝光光电流怎么变？（全班都认为要变大）

3.蓝光照射：光电流反而变小了。

结论：增大入射光的频率不一定能使光电流变大，只能说对光电流有影响。

4.控制入射光的频率（蓝光）一定，增大光强：

结论：实验证明入射光的频率一定，光强越大，光电流越大，说明有越多的光电子逸出。

5.追加任务：如果控制频率和光强都不变，如何增大光电流?

学生自行分析需要加电场，并设计实验电路。

二、加正向电压

换示教板电路，控制入射光的频率（蓝光）不变，分别用S,2S,3S,4S通光孔面积控制光强，即光强比为1:2:3:4记录光电流随外加正向电压的变化情况，并作i — U

AK图像。

结论：1.入射光频率一定，光电流较小时，电压越大，光电流越大，当光电流较大时，增大电压，电流几乎不变趋于一个饱和值。即光电效应存在饱和电流，光强越强饱和电流越大。

2.饱和电流值与光强成正比，验证了光子说。

任务2：如何让光电流减小为0

三、加反向电压