《2022年第十七章波粒二象性教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年第十七章波粒二象性教案（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、名师精编精品教案第十七章波粒二象性171 能量量子化：物理学的新纪元一、教学目标：（一）知识与技能1了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射2了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系3了解能量子的概念（二）过程与方法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。（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：能量子的概念教学难点：黑体辐射的实验规律教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。教学用具：投影片，多媒体
2、辅助教学设备课时安排： 1 课时教学过程（一）引入新课教师：介绍能量量子化发现的背景：（多媒体投影，见课件。）19 世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的Maxwell 方程。另外还找到了力、电、光、声-等都遵循的规律-能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。1900 年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，著名物理学家开尔文作了展望新世纪的发言：“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。
3、”也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，-”这两朵乌云是指什么呢？一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。然而，事隔不到一年（1900 年底） ，就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着（1905 年）从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路，柳暗花明又一村” 。点出课题：我们这节课就来体验物理学新纪元的到来能量量子化的发现（
4、二）进行新课1黑体与黑体辐射教师：在了解什么是黑体与黑体辐射之前，请同学们先阅读教材，了解一下什么是热辐射。学生：阅读教材关于热辐射的描述。教师：通过课件展示，加深学生对热辐射的理解。并通过课件展示，使学生进一步了解热辐射的特点，为黑体概念的提出准备知识。（1）热辐射现象固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 16 页名师精编精品教案所辐射电磁波的特征与温度有关。例如：铁块温度从看不出发光到暗红到橙色到黄白色从能量转
5、化的角度来认识，是热能转化为电磁能的过程。（2）黑体教师：除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。不同的物体吸收和反射电磁波的能力是不一样的。概念：能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称黑体。教师：课件展示黑体模型。不透明的材料制成带小孔的的空腔，可近似看作黑体。如图所示。研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。【例 1】下列叙述正确的是( ) A一切物体都在辐射电磁波B一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关D黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波解析 根据热辐射的定义，A 正确； 根据热辐射和
6、黑体辐射的特点知 一 般 物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状态有关，而黑体辐射只与黑体的温度有关，B 错误， C 正确；由黑体的定义知D 正确。答案 ACD 2黑体辐射的实验规律教师：引导学生阅读教材“黑体辐射的实验规律”，接合课件展示，讲解黑体辐射的实验规律。如图所示。黑体热辐射的强度与波长的关系：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。教师：提出问题，设置疑问。怎样解释黑体辐射的实验规律呢？在新的理论诞生之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释。德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波
7、长分布的理论公式。结果导致理论与实验规律不符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难” 。课件展示：瑞利-金斯线。见课件。【例 2 】 炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色， 就可以估计出炉内的温度，这是根据什么道理? 解析 本题考查热辐射的规律，解题时要注意辐射的能量与温度的关系。答案 根据热辐射的规律可知，当物体的温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，可见光所占份额增大，温度越高红光成分减少，频率比红光大的其他颜色的光，为橙、黄、绿、蓝、紫等光的成分就增多。因此可根据炉内光的颜色大致估计炉内的温度点评 用学习的物理知识解释物理现象或者把握判断其特征，体现了学以致用的原则。3能量子：
8、超越牛顿的发现教师：利用已有的理论解释黑体辐射的规律，导致了荒谬的结果。必然会促使人们去发现新的理论。这就是能量子概念。1900 年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振黑体模型0 1 2 3 4 5 (m)1700K1500K1300K1100K ),(0Te实验结果精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 16 页名师精编精品教案子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量（
9、称为能量子）的整数倍，即：，1，2，3，. n，n 为正整数，称为量子数。对于频率为 的谐振子最小能量为这个最小能量值，就叫做能量子课件展示：普朗克的能量子假说和黑体辐射公式（1）黑体辐射公式1900.10.19 普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观念深感不安，只是在经过十多年的努力证明任何复归于经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信h 的引入确实反映了新理论的本质。1918 年普朗克荣获了诺贝尔物理学奖。他的墓碑上只刻着他的姓名和黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，紫外灾难的疑点找到了，为人类解决了一大难题。使热爱科学的人们又
10、一次倍感欣慰，但真理与谬误之争就此平息了吗？没有。物理难题： 1888 年，霍瓦 (Hallwachs)发现一个带负电的金属板被紫外光照射会放电。近10 年以后， 1897年，汤姆孙发现了电子，此时，人们认识到那就是从金属表面射出的电子，后来，这些电子被称作光电子(photoelectron) ，相应的效应叫做光电效应。人们本着对光的完美理论（光的波动性、电磁理论）进行解释会出现什么结果？明天，我们就继续学习“科学的转折：光的粒子性”【例 3】对应于 34xl0l9J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少?它是什么颜色 ? 解析 根据公式 o =h和=c/得=/h=5.13x1014Hz =
11、c/=5.85x10-7Hz 5 13x10-14Hz 的频率属于黄光的频率范围，它是黄光，其波长为5 85xl07m。答案 5 13x10 l4Hz 585x10-7m 黄色点评 要熟练掌握E=Pt=n， o =h和=c/ 等关系，这是解题的关键。（三）课堂小结教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构
12、建他们自己的知识框架。（四）作业： “问题与练习”1、2、3 题教学体会思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。h12)(/32kThechTMsJ1055.634h秒焦3410626.6h精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 16 页名师精编精品教案172 科学的转折：光的粒子性一、教学目标：（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
13、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
14、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。（二）进行新课1光电效应教师：实验演示。 （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的验电器相连），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。学生：认真观察实验。教师提问：上述实验说明了什么？学生：表明锌板在射线照射下失去电子而带正电。
15、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。2光电效应的实验规律（1）光电效应实验如图所示，光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出-光电子。光电子在电场作用下形成光电流。概念：遏止电压将换向开关反接， 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。 Uc 称遏止电压。根据动能定理，有221cevmceU精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 16 页名师精编精品教案（2）光电效应实验
16、规律 光电流与光强的关系饱和光电流强度与入射光强度成正比。 截止频率 c -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c 。当入射光频率c 时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率 c 时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电子逸出所需时间10-9s。3光电效应解释中的疑难经典理论无法解释光电效应的实验结果。经典理论认为，按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。光电效应实
17、验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频率有关。只要频率高于极限频率，即使光强很弱也有光电流；频率低于极限频率时，无论光强再大也没有光电流。光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。4爱因斯坦的光量子假设（1）内容光不仅在发射和吸收时以能量为h的微粒形式出现， 而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为 的光是由大量能量为E =h的光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速c 运动。（2）爱因斯坦光电效应方程在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能
18、量，一部分消耗在电子逸出功W0，另一部分变为光电子逸出后的动能Ek 。由能量守恒可得出：W0 为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功Wk 为光电子的最大初动能。（3）爱因斯坦对光电效应的解释：光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的累积。从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极限频率：hWc0爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。5光电效应理论的验证美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915
19、 年证实了爱因斯坦光电效应方程， h 的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。展示演示文稿资料：爱因斯坦和密立根由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律，荣获1921 年诺贝尔物理学奖。密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923 年诺贝尔物理学奖。点评：应用物理学家的历史资料，不仅有真实感，增强了说服力，同时也能对学生进行发放教育，有利于培养学生的科学态度和科学精神，激发学生的探索精神。0WEhk精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 16 页名师
20、精编精品教案例题（教材 36 页）学生通过运算得出相应的正确结果。点评：理论联系实际，适量的练习题可以进一步巩固和掌握所学理论知识。6光电效应在近代技术中的应用（1）光控继电器可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。（2）光电倍增管可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105108 倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。7 康普顿效应（1）光的散射光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。（2）康普顿效应1923 年康普顿在做X 射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射
21、角有关，而与入射线波长和散射物质都无关。（3）康普顿散射的实验装置与规律：按经典电磁理论：如果入射X 光是某种波长的电磁波，散射光的波长是不会改变的！散射中出现0的现象，称为康普顿散射。康普顿散射曲线的特点： 除原波长0外出现了移向长波方向的新的散射波长 新波长随散射角的增大而增大。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 16 页名师精编精品教案波长的偏移为0波长的偏移只与散射角有关，而与散射物质种类及入射的X射线的波长0无关，)cos1 (0cc= 0.0241?=2.4110-3nm （实验值）称为电子的Compton 波长
22、只有当入射波长0与c可比拟时，康普顿效应才显著，因此要用X 射线才能观察到康普顿散射，用可见光观察不到康普顿散射。（4）经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。无法解释波长改变和散射角的关系。（5）光子理论对康普顿效应的解释若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。因
23、为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。（6）康普顿散射实验的意义有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。展示演示文稿资料：康普顿康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射” ；在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。康普顿于 1927 年获诺贝尔物理奖。展示演示文稿资料：吴有训对研究康普顿效应的贡献1923 年，吴有训参加了发现康普顿效应的研究工作. 19251926 年，吴有训用银的X 射
24、线 (0=5.62nm) 为入射线，以15 种轻重不同的元素为散射物质，在同一散射角 ( 120)测量各种波长的散射光强度，作了大量X 射线散射实验。对证实康普顿效应作出了重要贡献。点评：应用物理学家的历史资料，不仅有真实感，增强了说服力，同时也能对学生进行发放教育，有利于培养学生的科学态度和科学精神，激发学生的探索精神。（7）光子的能量和动量2mcEhE精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 16 页名师精编精品教案说明：动量能量是描述粒子的，频率和波长则是用来描述波的（三）课堂小结教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同
25、学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。（四）作业： “问题与练习”16 题。教学体会思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。17.3 崭新的一页：粒子的波动性一、教学目标：（一
26、）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
27、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hchcchmcP22chm精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 16 页名师精编精品教案
28、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。（2）光子在空间各点出现的概率遵从波动规律
29、，物理学中把光波叫做概率波。点评： 通过学生归纳总结形成结论，教师再进行讲解，学生容易接受。 充分注重知识的学生自主形成过程。2、光子的能量与频率以及动量与波长的关系。hv/hp让学生找到更多的关系公式：/hpcvhv/提问：受此启发，人们想到：同样作为物质的实物粒子(如电子、原子、分子等)是否也具有波动性呢？学生阅读课本“粒子的波动性”。点评：让学生带着问题阅读，提高阅读的效率，培养学生从课文材料中提取有关信息的能力。3、粒子的波动性提问：谁大胆地将光的波粒二象性推广到实物粒子？只是因为他大胆吗？学生回答：法国科学家德布罗意考虑到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的成功，大胆地把光的波粒二象性推
30、广到实物粒子。展示演示文稿资料：有关德布罗意。点评：使学生了解对知识理论的推广和假设并不是一味的凭空猜想，而是有一定的理论或事实基础。（1）德布罗意波实物粒子也具有波动性，这种波称之为物质波，也叫德布罗意波。（2）物质波波长phpEmvh提问：各物理量的意义？学生回答：为德布罗意波长，h 为普朗克常量，p 为粒子动量。点评：对物理原理公式的理解关键在于对各物理量意义的理解。讲述：当时这一观点超出了人们的想象，不被人们所接受，历史上类似的事例我们还知道那些？学生回答：伽利略的两个铁球同时落地等。点评：使学生了解正确的知识理论往往并不是一提出就能被大家所接受的。教师：让学生带着问题阅读课本有关内容
31、，为什么德布罗意波观点很难通过实验验证？又是在怎样的条件下使实物粒子的波动性得到了验证？4物质波的实验验证提问：粒子波动性难以得到验证的原因？学生阅读教材后回答：宏观物体的波长比微观粒子的波长小得多，这在生活中很难找到能发生衍射的障碍物，所以我们并不认为它有波动性作为微观粒子的电子，其德布罗意波波长为1010m 数量级，找与之精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 16 页名师精编精品教案相匹配的障碍物也非易事点评：让学生知受实际条件的限制而使很多理论在开始都处于假设阶段，不易被人们接受。例题：某电视显像管中电子的运动速度是4.
32、0107m/s；质量为10g 的一颗子弹的运动速度是200m/s分别计算它们的德布罗意波长引导学生分析，学生解答：根据公式ph /计算得 1.810-11m 和 3.310-34m 点评：通过具体计算使学生对实物粒子的德布罗意波长有感性认识，进一步理解实物粒子波动性验证的困难。说明：由计算结果知，通常生活中观察不到实物波动特性征的原因。展示演示文稿资料：电子波动性的发现者戴维森和小汤姆逊（电子波动性的发现,使得德布罗意由于提出实物粒子具有波动性这一假设得以证实,并因此而获得1929 年诺贝尔物理学奖.而戴维森和小汤姆逊由于发现了电子的波动性也同获1937 年诺贝尔物理学奖）学生阅读有关物理学历
33、史资料，了解物理学有关知识的形成建立和发展的真是过程。点评：应用物理学家的历史资料，不仅有真实感，增强了说服力，同时也能对学生进行发放教育，有利于培养学生的科学态度和科学精神，激发学生的探索精神。教师：讲述电子衍射实验：1927 年，两位美国物理学家使电子束投射到镍的晶体上，得到了电子束的衍射图案从而证实了德布罗意的假设。学生了解更具体的相关历史资料。点评：增加真实感，使学生初步体会如何创造条件进行科学实验探索，体会其中的奇妙之处。讲述：除了电子以外，后来还陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性。点评：引用更多实验事实来增强对理论的证明。提问：衍射现象对高分辨率的显微镜有影响否？如何改进？
34、学生阅读课本材料：显微镜的分辨本领。点评：对所学知识进行拓展，加强对实际生产生活应用的联系。（三）课堂小结教师活动：本节课我们学习了光的本质，即光是一种物质，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。注意对光的本质的全面把握。学习了得到实验事实验证的实物粒子波动性，其对应的波称之为物质波，注意掌握物质波的计算公式。点评：反思小节为学生提供本节内容的主要知识框架，有利于学生对所学知识的及时巩固和知识重点的把握。（四）作业：复习本节教材思考教材第43 页“问题与练习”中各题，预做回答。点评：加深对课堂所学知识的理解和掌握，联系实际对所学内容进行应用。教学体会本节课作为近代物理部分内
35、容，比较抽象，学生没有生活经验和感观认识，也没有演示实验可以做，在课堂上注意以学生为主导，通过补充的一些史料，加深学生感受，让学生阅读思考后归纳得出结论，同样能收到好的效果。（1）在有关事实和已知观点基础下，归纳光的本性，培养学生注意全面把握物理规律和全面把握物理规律的能力。（2）课本材料和补充的史料让学生先行阅读，通过思考、辨析后归纳得出正确结论，比教师一人讲解更具有真实感和说服力。同时也培养了学生阅读材料提取有关信息的能力。（3）对于难以理解的粒子的波动性，并且实际条件不允许进行实验验证，必须充分展示真实的历史资料，加强说服力。同时通过对历史上创造条件进行实验验证的方法学习，使学生初步体会
36、如何创造条件进行科学实验探索，体会其中的奇妙之处，增强进行科学探索的兴趣。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 16 页名师精编精品教案17.4 概 率 波一、教学目标：（一）知识与技能1了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题2了解波动说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题3了解事物的连续性与分立性是相对的，了解光既有波动性，又有粒子性4了解光是一种概率波（二）过程与方法1领悟什么是概率波2了解物理学中物理模型的特点初步掌握科学抽象这种研究方法3通过数形结合的学习，认识数学工具在物理科学中的作用（三）情感
37、、态度与价值观理解人类对光的本性的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识光的本性的教学重点：人类对光的本性的认识的发展过程教学难点：对量子化、波粒二象性、概率波等概念的理解教学方法：“创设情景，提出问题观察思考，自主探索讨论交流，总结归纳”为教学结构，采用“交流互动”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）引入新课课件播放：康普顿散射实验讲述： 康普顿效应是 射线或 X 射线打
38、在物质上，与物质中原子的核外电子发生相互作用，作用后产生散射光子和反冲电子的效应。学生：观看课件，同时思考讨论该实验反映了光的什么性，思考光是粒子还是波？结论：康普顿效应进一步证实了光的粒子性。是验证光的波粒二象性的重要物理实验之一。点评：创设新奇的教学情景引入新课，激发学生的认知和学习兴趣，培养他们对新的科学知识的了解和探究精神。课件播放：光的衍射讲述：光在传播中遇到障碍物会“绕行”结论：光具有波动性学生回忆：发生明显衍射现象的条件，分析讨论在平常不容易观察到明显衍射现象的原因，以及采用怎样的措施能够较为方便的观察到明显衍射现象？点评：适时的反思小结为不仅有利于知识的联系和巩固，更有利于学生
39、良好学习习惯的形成。教师：在经典的物理学中，波和粒子是两种不同的研究对象，具有非常不同的表现。那么对于光和电子、质子等粒子，这两种互不相容的属性又能“集于一身”呢？（二）进行新课1、光的波粒二象性17 世纪的微粒说和波动说是两种对立的学说，都受到传统观念的影响，因为传统观念认为在宏观现象中波动性和粒子性是对立的。微观世界的某些属性与宏观世界不同，光子说没有否定波动性和光的电磁说，光子的能量与频率有关，频率是波的特征。学生跟随老师的讲述对于原来所学的相关知识进行自主的回顾和归纳整理。点评：对于已经学习过的知识可以穿插在平常的教学过程中时常进行温习反思和类比迁移，多次反复一定可以帮助学生更好的掌握
40、和利用知识。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 16 页名师精编精品教案问题 ：在微观世界中，如何把波的图象与粒子的图象统一起来呢？学生思考、讨论后给出一些答复，就各种答案加以分析提炼总结。点评：给学生一定的自主学习的时间和空间效果比被动的接受知识要好，能够更加有效的培养他们的学习主动性和能动性。2、光波是概率波（1）光强讲述：光的强度指单位时间内到达单位面积的光的能量，也就是明条纹处到达的光子多，暗条纹处到达的光子数少（2）概率波课件：伽尔顿板实验实验一：用很弱的光做双缝干涉，暴光时间短，可看到胶片上出现一些无规则分布的
41、点子。实验二：暴光时间足够长，有大量光子通过狭缝，底片上出现了规则的干涉条纹。学生认真观察课件，不放过课件演示过程中的每一个细节，同时对观察的认识意见做一些个别的讨论和交流。点评：科学研究一定要有足够的细心，课堂上的一些演示实验和课件展示的观察分析同样如此，往往一些关键的现象是稍纵即逝，学生在这方面习惯的养成对他们今后的学习生活和研究工作会有莫大的帮助。讲述：实验一说明：光表现出粒子性，也看到光子的运动与宏观现象中质点的运动不同，没有一定的轨道。单个光子通过双缝后的落点无法预测。实验二说明：光的波动性是大量光子表现出来的现象，在干涉条纹中，那些光波强的地方是光子到达机会多的地方或是到达几率大的
42、地方，光波弱的地方是光子到达机会少的地方。光的波动性可看做是大量光子运动的规律。观察实验思考：是否可以认为光子之间的相互作用使它表现出波动性？学生持有不同的观点，有的认为是光子之间的相互作用使它表现出波动性，有的则认为不是光子之间的相互作用使它表现出波动性，各执己见，各抒己见。点评：学生在学习过程中有疑问是好事，能够就相关的问题展开分析讨论更是他们有浓厚求知欲的体现，应予以鼓励和肯定。讲述：实验说明：如果狭缝只能让一个光子通过，得到的照片和上面相同，把一个缝挡住，光屏上不再出现干涉条纹，说明光的波动性不是光子之间相互作用引起的，是光子本身的一种属性。3、光的波动性与粒子性是不同条件下的表现：讲
43、述：大量光子行为显示波动性；个别光子行为显示粒子性；光的波长越长，波动性越强；光的波长越短，粒子性越强学生在进一步的实验现象和理论知识的指引下，形成统一的观点：光的波动性不是光子之间相互作用引起的，是光子本身的一种属性。点评：存疑求解，人类社会的不断发展和科学技术的日益进步都是在这样的情景下取得。例题：已知每秒从太阳射到地球上垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能为1.4 103J，其中可见光部分约占45%，假设认为可见光的波长均为0.55 m，太阳向各个方向的辐射是均匀的，日地之间距离为R=1.5 1011m，估算出太阳每秒辐射出的可见光的光子数。（保留两位有效数字）学生通过运算得出相应的正确
44、结果。点评：理论联系实际，适量的实际操作可以进一步巩固和掌握所学理论知识。（三）课堂小结教师活动：光既具有波动性，又具有粒子性。既不可把光看成宏观观念中的波，也不可把光看成宏观观念中的粒子。学生在老师进行小结的同时可以同步把自己对于本节课的内容小结进行参照对比，查漏补缺。点评：课堂小结有利于学生对当堂课的内容形成完善的知识框架，强化理解和把握一些知识重点和难点。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 16 页名师精编精品教案（四）作业：完成讲义相应练习教学体会本节课主要了解概率波的概念。尽管比较抽象，但是我们老师把这堂课上的有
45、声有色，收到较好的效果。本节课主要有以下几个特点：1、充分利用多种教学素材（课件，图片等），创设生动的教学情景，使学生很快进入一种愿学、乐学的学习状态2、贯彻课程标准 “从生活走向物理，从物理走向社会”的理念，选择典型例子，密切联系学生已经有的直接经验，变抽象为生动，有效的减低学习的难度。3、采用环环相扣，层层深入的教学模式，把问题在情景中提出，给学生思考的空间和时间，使学生自主的对问题深入了解，全面认识，从而体会出基本的物理思考方法。17.5 不确定关系一、教学目标：（一）知识与技能1了解不确定关系的概念和相关计算2了解物理模型与物理现象（二）过程与方法经历科学探究过程，认识科学探究的意义，
46、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、态度与价值观能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：不确定关系的概念教学难点：对不确定关系的定量应用教学方法：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： 1 课时教学过程：（一）引入新课提问：对光的本性的认识？学生思考、回答：光具有波动性和粒子性，是一种概率波。设疑：既然光是粒子，那么它的运动还遵守牛顿运动定律吗？还能用质点的位置和动量来描述它的运动吗？点评：引发学生的好奇心，激发学习的兴趣。教师：回答是否定的。光子的运
47、动具有不确定性。这节课我们就来学习有关知识。（二）进行新课1德布罗意波的统计解释1926 年，德国物理学玻恩（Born ， 1882-1972） 提出了概率波，认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性，但是大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统计规律。展示演示文稿资料：玻恩点评：应用物理学家的历史资料，不仅有真实感，增强了说服力，同时也能对学生进行发放教育，有利于培养学生的科学态度和科学精神，激发学生的探索精神。2经典波动与德布罗意波（物质波）的区别讲述： 经典的波动 （如机械波、 电磁波等） 是可以测出的、 实际存在于空间的一种波动。而德布罗意波 （物精选学习资料 - - - - -
48、 - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 16 页名师精编精品教案质波）是一种概率波。简单的说，是为了描述微观粒子的波动性而引入的一种方法。3不确定度关系（uncertainty relatoin ）经典力学：运动物体有完全确定的位置、动量、能量等。微观粒子：位置、动量等具有不确定量（概率）。（1）电子衍射中的不确定度展示演示文稿资料：如图所示，一束电子以速度v 沿 oy 轴射向狭缝。电子在中央主极大区域出现的几率最大。讲述：在经典力学中，粒子（质点）的运动状态用位置坐标和动量来描述，而且这两个量都可以同时准确地予以测定。然而，对于具有二象性的微观粒子来说，是
49、否也能用确定的坐标和确定的动量来描述呢？下面我们以电子通过单缝衍射为例来进行讨论。设有一束电子沿oy 轴射向屏AB 上缝宽为a 的狭缝，于是，在照相底片CD上，可以观察到如下图所示的衍射图样。如果我们仍用坐标x 和动量 p 来描述这一电子的运动状态，那么，我们不禁要问：一个电子通过狭缝的瞬时，它是从缝上哪一点通过的呢?也就是说，电子通过狭缝的瞬时，其坐标x 为多少 ?显然，这一问题，我们无法准确地回答，因为此时该电子究竟在缝上哪一点通过是无法确定的，即我们不能准确地确定该电子通过狭缝时的坐标。研究表明：对于第一衍射极小，a1sin式中为电子的德布罗意波长。电子的位置和动量分别用x和 p 来表示
50、。电子通过狭缝的瞬间，其位置在x 方向上的不确定量为ax同一时刻，由于衍射效应，粒子的速度方向有了改变，缝越小，动量的分量px 变化越大。分析计算可得：4hpx式中 h 为普朗克常量。这就是著名的不确定性关系，简称不确定关系。上式表明：许多相同粒子在相同条件下实验，粒子在同一时刻并不处在同一位置。用单个粒子重复，粒子也不在同一位置出现。例题解析：例 1一颗质量为10g 的子弹，具有200m s-1 的速率，若其动量的不确定范围为动量的0. 01%(这在宏观范围是十分精确的了)，则该子弹位置的不确定量范围为多大 ? 解：子弹的动量skgmskgmmvp/0.2/20001.0动量的不确定范围sk
51、gmskgmpp/100 .2/2100.1%01. 044精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 16 页名师精编精品教案由不确定关系式4hpx，得子弹位置的不确定范围mmphx31434106.2100. 214.341063. 64我们知道， 原子核的数量级为10-15m，所以， 子弹位置的不确定范围是微不足道的。可见子弹的动量和位置都能精确地确定，不确定关系对宏观物体来说没有实际意义。例 2一电子具有200 m/s 的速率，动量的不确定范围为动量的0.01%(这已经足够精确了)，则该电子的位置不确定范围有多大? 解 :
52、 电子的动量为skgmskgmmvp/108 .1/200101.92831动量的不确定范围skgmskgmpp/108.1/108.1100.1%01. 032284由不确定关系式，得电子位置的不确定范围mmphx33234109 .2108 .114.341063. 64我们知道原子大小的数量级为10-10m，电子则更小。 在这种情况下， 电子位置的不确定范围比原子的大小还要大几亿倍，可见企图精确地确定电子的位置和动量已是没有实际意义。4微观粒子和宏观物体的特性对比宏观物体微观粒子具有确定的坐标和动量，可用牛顿力学描述。没有确定的坐标和动量，需用量子力学描述。有连续可测的运动轨道，可追踪各
53、个物体的运动轨迹。有概率分布特性， 不可能分辨出各个粒子的轨迹。体系能量可以为任意的、连续变化的数值。能量量子化。不确定度关系无实际意义遵循不确定度关系5不确定关系的物理意义和微观本质（1）物理意义：微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。粒子位置的不确定量x越小，动量的不确定量xp就越大，反之亦然。（2） 微观本质：是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然结果。不确定关系式表明： 微观粒子的坐标测得愈准确(0x) ，动量就愈不准确(xp) ；微观粒子的动量测得愈准确(0xp) ，坐标就愈不准确(x) 。但这里要注意，不确定关系不是说微观粒子的坐标测不准；也不是说微观粒子的动量测
54、不准；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准；而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 16 页名师精编精品教案 为什么微观粒子的坐标和动量不能同时测准? 这是因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量。这本质上是微观粒子具有波粒二象性的必然反映。由以上讨论可知，不确定关系是自然界的一条客观规律，不是测量技术和主观能力的问题。 不确定关系提供了一个判据：当不确定关系施加的限制可以忽略时，则可以用经典理论来研究粒子的运动。当不确定关系施加的限制不可以忽略时，那只能用量子力学理论来处理问题。
55、（三）课堂小结教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。（四）作业： “问题与练习”14 题。教学体会思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 16 页
