《光电效应》教学片段设计与创新
施生晶
摘 要：《光电效应》的教学设计中：用学生参与的短视频，进行课的引入和结尾，营造很好的教学氛围；师生合作探究光电效应的规律过程中，培养学生观察能力，分析问题、解决问题等能力；如何对爱因斯坦的光电效应方程进行有效教学？用自制的轨道模型进行类比教学，体现设计的创新。
关键词：高中物理；光电效应；探究实验；规律；轨道模型；类比法
选修3-5（鲁科版）第5章第一节《光电效应》，是量子理论的入门，是量子理论的有力证据之一，对于刚接触的学生，不易理解本节的知识。笔者参加三明市《光电效应》同课异构的公开课，并把该课的有关内容上送“一师一优课”，获得2016年度部级优质课（参见http：//1s1k.eduyun.cn优课展示的课堂实录），现将这节课若干教学片段展示如下。
1 用視频展示学生研究性成果，引入课题，结束课题
1.1 视频1：学生感受光电效应现象
器材：光伏电池、灵敏电流计、若干导线。
实验：光伏电池朝向日光灯，用试触法判断是否有电流。
现象：灵敏电流计指针偏针明显。
万事开头难，用学生参与探究实验的短视频作为课的引入，能刺激学生的视觉和思维，吸引学生的注意力，激发学生学习的兴趣，达到事半功倍的效果，用此方法，教师很自然引出课题。
1.2 视频2：改变光照强度，用DIS实验，学生直观感受电流大小
器材：光伏电池、电流传感器、电脑、投影仪、若干导线。
现象：光照强度增加，电流增大，光照强度减小，电流减小。
首尾呼应，用学生参与探究实验的视频画龙点睛，参与者获得“成就感”，末参与者“蠢蠢欲动”，让学生对物理探究学习产生浓厚的兴趣；更让学生体会物理课并非枯燥无味，而是妙趣横生。
2 师生合作探究：光电效应的规律
百闻不如一见，在课堂上做物理实验（见图1、图2），为学生展现直观的物理现象，真实、生动有趣，为学生得出物理规律，营造出活生生的物理情景。本节课，笔者采用，教师导，学生学，边教边实验，使学生感受更深，教学更有效。
器材：紫外灯、锌板、铜网、光电效应演示器、灵敏电流计、若干导线。
说明：①铜网与锌板接高电压，可使电子朝铜网（正极）一侧移动。②光电效应演示器对微电流放大，放大后电流的大小在灵敏电流计直观显示。
2.1 探究一：光电效应发生跟什么因素有关？
（1）实验：用白炽灯照射锌板， 观察电流计。
现象：电流计指针没有偏转。
（2）实验：变换光源，用紫外灯照射锌板， 观察电流计。
现象：电流计指针向右侧偏转。
（3）实验：变换光源，用白炽灯照射锌板， 改变光的强度，增加光照时间，观察电流计。
现象：电流计指针没有偏转。
因紫外线对眼睛有伤害，实验时必须采取措施。把紫外灯装在有缝的纸盒里，防止紫外线射向学生，教师戴上墨镜一瞬间，同时引起学生哄然大笑，用行动教育学生，做物理实验，要注意安全。
紫外灯比白炽灯产生光的频率更大，学生观察电流计指针，很自然得出结论：光电效应的产生跟光的频率有关，跟光的强度无关。
2.2 探究二：发生光电效应后，增加光的强度，观察实验
（1）实验：先用一盏紫外灯照射锌板。
现象：电流计指针发生偏转。
（2）实验：用两盏紫外灯照射锌板，增加光的强度，观察电流计。
现象：两盏紫外灯照射锌板，电流计指针偏转更大。
通过变化灯的数量，改变光的强度，定量测出电流大小。电流计示数，直观呈现给学生，教师无需言语，学生自己就会总结：发生光电效应后，增加光的强度越大，电流越大，光电效应越明显。
在课堂上，怎样把枯燥的知识更好传授给学生？教师要合理的设计实验，尽可能让演示过程简单、易操作，充分备课是上好课重要一环。
3 建立模型，用类比法，理解光电效应方程
光电效应的理论解释：有波动说与光子说两种学说。教材只是简单介绍：用经典理论无法解释；爱因斯坦用光量子的概念，成功解释光电效应现象。
如果按照教材的设置，教师传授式讲解光电效应方程hν=W+■mv2，教学结果是：学生一知半解，很快遗忘。如何解释看不见、摸不着的光电效应呢？如何进行有效教学呢？我用自制的轨道模型，进行类比教学，这个偿试很好达到预期效果。
3.1 模型一：认识光子能量hν、电子的逸出功W
说明：本模型考虑电子仅吸收光子能量问题，不讨论光子与电子碰撞问题
图3：右侧轨道不同位置的球对应不同重力势能。
图3：要离开左侧轨道的球要克服不同重力做功。
图4：光子能量hν大——右侧轨道高（对应重力势能较大）（类比法）。
图4：逸出功W大——离开左侧轨道高（需克服重力做功较大）（类比法）。
通过类比方法（图3和图4），学生对抽象的光子能量、抽象的逸出功有直观的感性认识。
3.2 模型二：电子要获得一定能量，才会发生光电效应
图5：右侧轨道上的球下滑，与水平轨道球碰撞，水平轨道的球获得能量，往左侧上升，球的重力势能增大，动能减小。
问题：水平上的球要离开左侧轨道，球的能量要达到多少？
该问题设计，目对是对电子逸出功W的教学作铺垫。
图6：电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功W，剩余部分转化为光电子的初动能■mv2。
问题：电子要离开金属表面，电子至少要吸收多少光子能量？
该问题设计，目对是让学生分析：电子要获得一定能量，才会发生光电效应。
图7：球获得能量太少，无法离开轨道。
图7：电子吸收光子能量小于逸出功，不发生光电效应。
通过类比方法（图5、图6、图7），学生从能量角度认识：电子需要获得一定能量，才能发生光电效应。
3.3 模型三：光电效应与入射光的强度无关
图8：第二、三右侧轨道上的球不会把能量传递给第一轨道球（不会碰撞）。
图8：电子不会吸收不从轨道的电子能量（说明：本节课只讨论单光子的光电效应）。
通过轨道模型的类比：单个电子吸收的光子能量小于逸出功W，不会发生光电效应。若增加光照强度，增加光子数，但不改变电子吸收的能量（不会吸收不同轨道的能量），仍然不会发生光电效应。“光电效应与入射光强度无关”的难点教学，通过此模型突破，达到很好教学效果。
4 教学后记
“怎样的课才是好课？”对此可以说是仁者见仁、智者见智。课堂教学是一门艺术，重在结果，更重在过程。一堂好的课要关注：第一是看学生在课堂中的表现状况；第二是看教学目标实现状况；第三是看氛围营造状况。
笔者在《光电效应》的教学设计中，用视频展示学生的研究成果，营造学生想学习的热情和动力。“这节课实验要怎么做？”传统器材陈旧，实验效果达不到预期目标，只能购买器材，对旧器材进行改进提升，保证光电效应规律的探究，改进的器材操作简单，实验现象直观。光电效应方程的知识，传统上是纯理论教学，教师讲解费力，学生获取知识过程，单调、枯燥无味，笔者进行大胆创新，利用模型，进行类比，突破重难点，很好的达到本节课的教学目标。
本节课的教材，知识陈述浅显，不深入，但知识的“背景”内容丰富，有上百年的物理学史，因课堂时间有限，很遗憾进行割舍。因教学条件限制，光电效应的探究实验，课堂上只能进行演示教学，学生实验操作的能力没有得到锻炼。
摘 要：《光电效应》的教学设计中：用学生参与的短视频，进行课的引入和结尾，营造很好的教学氛围；师生合作探究光电效应的规律过程中，培养学生观察能力，分析问题、解决问题等能力；如何对爱因斯坦的光电效应方程进行有效教学？用自制的轨道模型进行类比教学，体现设计的创新。
关键词：高中物理；光电效应；探究实验；规律；轨道模型；类比法
选修3-5（鲁科版）第5章第一节《光电效应》，是量子理论的入门，是量子理论的有力证据之一，对于刚接触的学生，不易理解本节的知识。笔者参加三明市《光电效应》同课异构的公开课，并把该课的有关内容上送“一师一优课”，获得2016年度部级优质课（参见http：//1s1k.eduyun.cn优课展示的课堂实录），现将这节课若干教学片段展示如下。
1 用視频展示学生研究性成果，引入课题，结束课题
1.1 视频1：学生感受光电效应现象
器材：光伏电池、灵敏电流计、若干导线。
实验：光伏电池朝向日光灯，用试触法判断是否有电流。
现象：灵敏电流计指针偏针明显。
万事开头难，用学生参与探究实验的短视频作为课的引入，能刺激学生的视觉和思维，吸引学生的注意力，激发学生学习的兴趣，达到事半功倍的效果，用此方法，教师很自然引出课题。
1.2 视频2：改变光照强度，用DIS实验，学生直观感受电流大小
器材：光伏电池、电流传感器、电脑、投影仪、若干导线。
现象：光照强度增加，电流增大，光照强度减小，电流减小。
首尾呼应，用学生参与探究实验的视频画龙点睛，参与者获得“成就感”，末参与者“蠢蠢欲动”，让学生对物理探究学习产生浓厚的兴趣；更让学生体会物理课并非枯燥无味，而是妙趣横生。
2 师生合作探究：光电效应的规律
百闻不如一见，在课堂上做物理实验（见图1、图2），为学生展现直观的物理现象，真实、生动有趣，为学生得出物理规律，营造出活生生的物理情景。本节课，笔者采用，教师导，学生学，边教边实验，使学生感受更深，教学更有效。
器材：紫外灯、锌板、铜网、光电效应演示器、灵敏电流计、若干导线。
说明：①铜网与锌板接高电压，可使电子朝铜网（正极）一侧移动。②光电效应演示器对微电流放大，放大后电流的大小在灵敏电流计直观显示。
2.1 探究一：光电效应发生跟什么因素有关？
（1）实验：用白炽灯照射锌板， 观察电流计。
现象：电流计指针没有偏转。
（2）实验：变换光源，用紫外灯照射锌板， 观察电流计。
现象：电流计指针向右侧偏转。
（3）实验：变换光源，用白炽灯照射锌板， 改变光的强度，增加光照时间，观察电流计。
现象：电流计指针没有偏转。
因紫外线对眼睛有伤害，实验时必须采取措施。把紫外灯装在有缝的纸盒里，防止紫外线射向学生，教师戴上墨镜一瞬间，同时引起学生哄然大笑，用行动教育学生，做物理实验，要注意安全。
紫外灯比白炽灯产生光的频率更大，学生观察电流计指针，很自然得出结论：光电效应的产生跟光的频率有关，跟光的强度无关。
2.2 探究二：发生光电效应后，增加光的强度，观察实验
（1）实验：先用一盏紫外灯照射锌板。
现象：电流计指针发生偏转。
（2）实验：用两盏紫外灯照射锌板，增加光的强度，观察电流计。
现象：两盏紫外灯照射锌板，电流计指针偏转更大。
通过变化灯的数量，改变光的强度，定量测出电流大小。电流计示数，直观呈现给学生，教师无需言语，学生自己就会总结：发生光电效应后，增加光的强度越大，电流越大，光电效应越明显。
在课堂上，怎样把枯燥的知识更好传授给学生？教师要合理的设计实验，尽可能让演示过程简单、易操作，充分备课是上好课重要一环。
3 建立模型，用类比法，理解光电效应方程
光电效应的理论解释：有波动说与光子说两种学说。教材只是简单介绍：用经典理论无法解释；爱因斯坦用光量子的概念，成功解释光电效应现象。
如果按照教材的设置，教师传授式讲解光电效应方程hν=W+■mv2，教学结果是：学生一知半解，很快遗忘。如何解释看不见、摸不着的光电效应呢？如何进行有效教学呢？我用自制的轨道模型，进行类比教学，这个偿试很好达到预期效果。
3.1 模型一：认识光子能量hν、电子的逸出功W
说明：本模型考虑电子仅吸收光子能量问题，不讨论光子与电子碰撞问题
图3：右侧轨道不同位置的球对应不同重力势能。
图3：要离开左侧轨道的球要克服不同重力做功。
图4：光子能量hν大——右侧轨道高（对应重力势能较大）（类比法）。
图4：逸出功W大——离开左侧轨道高（需克服重力做功较大）（类比法）。
通过类比方法（图3和图4），学生对抽象的光子能量、抽象的逸出功有直观的感性认识。
3.2 模型二：电子要获得一定能量，才会发生光电效应
图5：右侧轨道上的球下滑，与水平轨道球碰撞，水平轨道的球获得能量，往左侧上升，球的重力势能增大，动能减小。
问题：水平上的球要离开左侧轨道，球的能量要达到多少？
该问题设计，目对是对电子逸出功W的教学作铺垫。
图6：电子吸收光子能量后，一部分克服阻碍作用做功W，剩余部分转化为光电子的初动能■mv2。
问题：电子要离开金属表面，电子至少要吸收多少光子能量？
该问题设计，目对是让学生分析：电子要获得一定能量，才会发生光电效应。
图7：球获得能量太少，无法离开轨道。
图7：电子吸收光子能量小于逸出功，不发生光电效应。
通过类比方法（图5、图6、图7），学生从能量角度认识：电子需要获得一定能量，才能发生光电效应。
3.3 模型三：光电效应与入射光的强度无关
图8：第二、三右侧轨道上的球不会把能量传递给第一轨道球（不会碰撞）。
图8：电子不会吸收不从轨道的电子能量（说明：本节课只讨论单光子的光电效应）。
通过轨道模型的类比：单个电子吸收的光子能量小于逸出功W，不会发生光电效应。若增加光照强度，增加光子数，但不改变电子吸收的能量（不会吸收不同轨道的能量），仍然不会发生光电效应。“光电效应与入射光强度无关”的难点教学，通过此模型突破，达到很好教学效果。
4 教学后记
“怎样的课才是好课？”对此可以说是仁者见仁、智者见智。课堂教学是一门艺术，重在结果，更重在过程。一堂好的课要关注：第一是看学生在课堂中的表现状况；第二是看教学目标实现状况；第三是看氛围营造状况。
笔者在《光电效应》的教学设计中，用视频展示学生的研究成果，营造学生想学习的热情和动力。“这节课实验要怎么做？”传统器材陈旧，实验效果达不到预期目标，只能购买器材，对旧器材进行改进提升，保证光电效应规律的探究，改进的器材操作简单，实验现象直观。光电效应方程的知识，传统上是纯理论教学，教师讲解费力，学生获取知识过程，单调、枯燥无味，笔者进行大胆创新，利用模型，进行类比，突破重难点，很好的达到本节课的教学目标。
本节课的教材，知识陈述浅显，不深入，但知识的“背景”内容丰富，有上百年的物理学史，因课堂时间有限，很遗憾进行割舍。因教学条件限制，光电效应的探究实验，课堂上只能进行演示教学，学生实验操作的能力没有得到锻炼。
