第十七章教案 波粒二象性

1、第十七章 波粒二象性新課標(biāo)要求1、內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn) （1）了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)。體會(huì)量子論的建立深化了人們對(duì)于物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)。 （2）通過實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)。知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。 （3）了解康普頓效應(yīng)。 （4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)說明光的波粒二象性。知道光是一種概率波。 （5）知道實(shí)物粒子具有波動(dòng)性。知道電子云。初步了解不確定性關(guān)系。 （6）通過典型事例了解人類直接經(jīng)驗(yàn)的局限性。體會(huì)人類對(duì)世界的探究是不斷深入的。 例1：通過電子衍射實(shí)驗(yàn)，初步了解微觀粒子的波粒二象性，體會(huì)人類對(duì)于物質(zhì)世界認(rèn)識(shí)的不斷深入。2、活動(dòng)建議：閱讀有關(guān)微觀世界的科普讀物，寫出讀書體會(huì)。

2、17.1 能量量子化：物理學(xué)的新紀(jì)元三維教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能（1）了解什么是熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射。 （2）了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，了解黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系。（3）了解能量子的概念。2、過程與方法（1）了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)。（2）體會(huì)量子論的建立深化了人們對(duì)于物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)。3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。教學(xué)重點(diǎn)：能量子的概念教學(xué)難點(diǎn)：黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教

3、學(xué)設(shè)備教學(xué)過程：第一節(jié) 能量量子化：物理學(xué)的新紀(jì)元（一）引入新課 介紹能量量子化發(fā)現(xiàn)的背景：（多媒體投影，見課件。） 19世紀(jì)末頁，牛頓定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個(gè)能推斷一切電磁現(xiàn)象的 Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲-等都遵循的規(guī)律-能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績(jī)和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。 1900年，在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)上，著名物理學(xué)家開爾文作了展望新世紀(jì)的發(fā)言：“科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就

4、行了?！?也就是說：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實(shí)驗(yàn)再做一做，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)后面在加幾位罷了！ 但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實(shí)和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，-”這兩朵烏云是指什么呢？ 一朵與黑體輻射有關(guān)，另一朵與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)有關(guān)。然而， 事隔不到一年（1900年底），就從第一朵烏云中降生了量子論，緊接著（1905年）從第二朵烏云中降生了相對(duì)論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動(dòng)搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個(gè)更為遼闊的領(lǐng)域。正可謂“山重水復(fù)疑無路， 柳暗花明又一村”。點(diǎn)出課題：我們這節(jié)課就來體驗(yàn)物理學(xué)新紀(jì)元的到來能量量子化

5、的發(fā)現(xiàn)。（二）進(jìn)行新課1、黑體與黑體輻射 在了解什么是黑體與黑體輻射之前，請(qǐng)同學(xué)們先閱讀教材，了解一下什么是熱輻射。閱讀教材關(guān)于熱輻射的描述。通過課件展示，加深學(xué)生對(duì)熱輻射的理解。并通過課件展示，使學(xué)生進(jìn)一步了解熱輻射的特點(diǎn)，為黑體概念的提出準(zhǔn)備知識(shí)。（1）熱輻射現(xiàn)象 固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長(zhǎng)的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān)。例如：鐵塊 溫度 從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色，從能量轉(zhuǎn)化的角度來認(rèn)識(shí)，是熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過程。（2）黑體 除了熱輻射之外，物體表面還會(huì)吸收和反射外界射來的電磁波。不同的物體吸收和

6、反射電磁波的能力是不一樣的。概念：能全部吸收各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體，稱為絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。（課件展示黑體模型）不透明的材料制成帶小孔的的空腔，可近似看作黑體。如圖所示。研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎(chǔ)。黑體模型2、黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 閱讀教材“黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律”，接合課件展示，講解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。如圖所示。 黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系：隨著溫度的升高，一方面，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都有增加，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)。提出1：怎樣解釋黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律呢？ 在新的理論誕生之前，人們很自然地要依據(jù)熱力學(xué)和電磁學(xué)規(guī)律來解釋。德國(guó)物理學(xué)家維恩和英

7、國(guó)物理學(xué)家瑞利分別提出了輻射強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的理論公式。結(jié)果導(dǎo)致理論與實(shí)驗(yàn)規(guī)律不符，甚至得出了非?；闹嚨慕Y(jié)論，當(dāng)時(shí)被稱為“紫外災(zāi)難”。（瑞利-金斯線，見課件）0 1 2 3 4 5 6(m)1700K1500K1300K1100K實(shí)驗(yàn)結(jié)果3、能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn) 利用已有的理論解釋黑體輻射的規(guī)律，導(dǎo)致了荒謬的結(jié)果。必然會(huì)促使人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)新的理論。這就是能量子概念。 1900年，德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出能量量子化假說：輻射黑體分子、原子的振動(dòng)可看作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，諧振子的能量并不象經(jīng)典物理學(xué)所允許的可具有任意值。相應(yīng)的能量是

8、某一最小能量（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：， 1，2，3，. n，n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。對(duì)于頻率為的諧振子最小能量為： 這個(gè)最小能量值，就叫做能量子。課件展示：普朗克的能量子假說和黑體輻射公式（1）黑體輻射公式 1900.10.19 普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上提出一個(gè)黑體輻射公式： 普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經(jīng)過十多年的努力證明任何復(fù)歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅(jiān)定地相信h的引入確實(shí)反映了新理論的本質(zhì)。 1918年普朗克榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 他的墓碑上只刻著他的姓名和（ ） 黑體輻射的研究卓有成效地展現(xiàn)在人們的眼前，紫外災(zāi)難的疑點(diǎn)找到了，為人類解

9、決了一大難題。使熱愛科學(xué)的人們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤之爭(zhēng)就此平息了嗎？（沒有） 物理難題：1888年，霍瓦(Hallwachs)發(fā)現(xiàn)一個(gè)帶負(fù)電的金屬板被紫外光照射會(huì)放電。近10年以后，1897年，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子 ，此時(shí)，人們認(rèn)識(shí)到那就是從金屬表面射出的電子，后來，這些電子被稱作光電子(photoelectron)，相應(yīng)的效應(yīng)叫做光電效應(yīng)。人們本著對(duì)光的完美理論（光的波動(dòng)性、電磁理論）進(jìn)行解釋會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果？明天，我們就繼續(xù)學(xué)習(xí)“科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性”。17.2 科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性三維教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能（1）通過實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。（2）知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義

10、。（3）了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動(dòng)量2、過程與方法：經(jīng)歷科學(xué)探究過程，認(rèn)識(shí)科學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題，驗(yàn)證物理規(guī)律。3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。教學(xué)重點(diǎn)：光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律教學(xué)難點(diǎn)：愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備教學(xué)過程：第一節(jié) 科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性（一）引入新課 回顧前面的學(xué)習(xí)，總結(jié)人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)的發(fā)展過程？（多媒體投影，見課件。）光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光是電磁波，光的偏振現(xiàn)象進(jìn)一步

11、說明光還是橫波。19世紀(jì)60年代，麥克斯韋又從理論上確定了光的電磁波本質(zhì)。然而，出人意料的是，正當(dāng)人們以為光的波動(dòng)理論似乎非常完美的時(shí)候，又發(fā)現(xiàn)了用波動(dòng)說無法解釋的新現(xiàn)象光電效應(yīng)現(xiàn)象。對(duì)這一現(xiàn)象及其他相關(guān)問題的研究，使得人們對(duì)光的又一本質(zhì)性認(rèn)識(shí)得到了發(fā)展。（二）進(jìn)行新課1、光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)演示1：（課件輔助講述）用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線與不帶電的驗(yàn)電器相連），使驗(yàn)電 器張角增大到約為 30度時(shí)，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗(yàn)電器的指針張角會(huì)變大。上述實(shí)驗(yàn)說明了什么？（表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電）概念：在光(包括不可見光)的照射下，從物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)

12、。發(fā)射出來的電子叫做光電子。2、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律（1）光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn) 如圖所示，光線經(jīng)石英窗照在陰極上，便有電子逸出-光電子。光電子在電場(chǎng)作用下形成光電流。概念：遏止電壓，將換向開關(guān)反接，電場(chǎng)反向，則光電子離開陰極后將受反向電場(chǎng)阻礙作用。當(dāng) K、A 間加反向電壓，光電子克服電場(chǎng)力作功，當(dāng)電壓達(dá)到某一值 Uc 時(shí)，光電流恰為0。 Uc稱遏止電壓。 根據(jù)動(dòng)能定理，有：（2）光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律 光電流與光強(qiáng)的關(guān)系：飽和光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比。 截止頻率c -極限頻率，對(duì)于每種金屬材料，都相應(yīng)的有一確定的截止頻率c ，當(dāng)入射光頻率>c 時(shí)，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率 <c時(shí)，無

13、論光強(qiáng)多大也無電子逸出金屬表面。 光電效應(yīng)是瞬時(shí)的。從光開始照射到光電子逸出所需時(shí)間<10-9s。3、光電效應(yīng)解釋中的疑難 經(jīng)典理論無法解釋光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。經(jīng)典理論認(rèn)為，按照經(jīng)典電磁理論，入射光的光強(qiáng)越大，光波的電場(chǎng)強(qiáng)度的振幅也越大，作用在金屬中電子上的力也就越大，光電子逸出的能量也應(yīng)該越大。也就是說，光電子的能量應(yīng)該隨著光強(qiáng)度的增加而增大，不應(yīng)該與入射光的頻率有關(guān)，更不應(yīng)該有什么截止頻率。 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明：飽和電流不僅與光強(qiáng)有關(guān)而且與頻率有關(guān)，光電子初動(dòng)能也與頻率有關(guān)。只要頻率高于極限頻率，即使光強(qiáng)很弱也有光電流；頻率低于極限頻率時(shí)，無論光強(qiáng)再大也沒有光電流。光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性。

14、而經(jīng)典認(rèn)為光能量分布在波面上，吸收能量要時(shí)間，即需能量的積累過程。 為了解釋光電效應(yīng)，愛因斯坦在能量子假說的基礎(chǔ)上提出光子理論，提出了光量子假設(shè)。4、愛因斯坦的光量子假設(shè)（1）內(nèi)容 光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)以能量為h的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時(shí)也是如此。也就是說，頻率為 的光是由大量能量為 E =h的光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速 c 運(yùn)動(dòng)。（2）愛因斯坦光電效應(yīng)方程 在光電效應(yīng)中金屬中的電子吸收了光子的能量，一部分消耗在電子逸出功W0，另一部分變?yōu)楣怆娮右莩龊蟮膭?dòng)能 Ek 。由能量守恒可得出： W0為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功。Wk為光電子的最大初動(dòng)能。（3）愛因

15、斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋 光強(qiáng)大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。 電子只要吸收一個(gè)光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時(shí)間的累積。 從方程可以看出光電子初動(dòng)能和照射光的頻率成線性關(guān)系 從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動(dòng)能為零時(shí)，可得極限頻率： 愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因?yàn)樗耆`背了光的波動(dòng)理論。5、光電效應(yīng)理論的驗(yàn)證 美國(guó)物理學(xué)家密立根，花了十年時(shí)間做了“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，結(jié)果在1915年證實(shí)了愛因斯坦光電效應(yīng)方程，h 的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。6、展示演示文稿資料：愛因斯坦和密立根 由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了

16、光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過著名的油滴實(shí)驗(yàn)，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。點(diǎn)評(píng)：應(yīng)用物理學(xué)家的歷史資料，不僅有真實(shí)感，增強(qiáng)了說服力，同時(shí)也能對(duì)學(xué)生進(jìn)行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，激發(fā)學(xué)生的探索精神。光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用（1）光控繼電器 可以用于自動(dòng)控制，自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)跟蹤等。（2）光電倍增管 可對(duì)微弱光線進(jìn)行放大，可使光電流放大105108倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。 7、康普頓效應(yīng)（1）光的散射：光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)

17、象叫做光的散射。（2）康普頓效應(yīng) 1923年康普頓在做 X 射線通過物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長(zhǎng)相同的射線外，還有比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線，其波長(zhǎng)的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長(zhǎng)和散射物質(zhì)都無關(guān)。（3）康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律： 按經(jīng)典電磁理論：如果入射X光是某種波長(zhǎng)的電磁波，散射光的波長(zhǎng)是不會(huì)改變的！散射中出現(xiàn)的現(xiàn)象，稱為康普頓散射?？灯疹D散射曲線的特點(diǎn)： 除原波長(zhǎng)外出現(xiàn)了移向長(zhǎng)波方向的新的散射波長(zhǎng) 新波長(zhǎng)隨散射角的增大而增大。波長(zhǎng)的偏移為波長(zhǎng)的偏移只與散射角有關(guān)，而與散射物質(zhì)種類及入射的X射線的波長(zhǎng)無關(guān)， = 0.0241Å=2.41×10-3nm

18、（實(shí)驗(yàn)值）稱為電子的Compton波長(zhǎng)只有當(dāng)入射波長(zhǎng)與可比擬時(shí)，康普頓效應(yīng)才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。 （4）經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時(shí)遇到的困難 根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng)，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。 無法解釋波長(zhǎng)改變和散射角的關(guān)系。（5）光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋 若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)。 若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個(gè)原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理

19、論， 碰撞前后光子能量幾乎不變，波長(zhǎng)不變。 因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長(zhǎng)改變和散射角有關(guān)。（6）康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義 有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設(shè)； 首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”的假設(shè)；證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的。（7）光子的能量和動(dòng)量說明：動(dòng)量能量是描述粒子的，頻率和波長(zhǎng)則是用來描述波的展示演示文稿資料：康普頓康普頓的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期的幾篇論文中，一直認(rèn)為散射光頻率的改變是由于“混進(jìn)來了某種熒光輻射”；在計(jì)算中起先只考慮能量守恒，后來才認(rèn)識(shí)到還要用動(dòng)量守恒?？灯疹D于1927年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。展示演示文稿資料：吳

20、有訓(xùn)對(duì)研究康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn)1923年，吳有訓(xùn)參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)的研究工作.19251926年，吳有訓(xùn)用銀的X射線(=5.62nm) 為入射線，以15種輕重不同的元素為散射物質(zhì)，在同一散射角( )測(cè)量各種波長(zhǎng)的散射光強(qiáng)度，作了大量X射線散射實(shí)驗(yàn)。對(duì)證實(shí)康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn)。點(diǎn)評(píng)：應(yīng)用物理學(xué)家的歷史資料，不僅有真實(shí)感，增強(qiáng)了說服力，同時(shí)也能對(duì)學(xué)生進(jìn)行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，激發(fā)學(xué)生的探索精神。17.3 嶄新的一頁：粒子的波動(dòng)性三維教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能（1）了解光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性；（2）知道實(shí)物粒子和光子一樣具有波粒二象性；（3）知道德布羅意波的波長(zhǎng)和粒子動(dòng)量

21、關(guān)系。2、過程與方法（1）了解物理真知形成的歷史過程；（2）了解物理學(xué)研究的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)事實(shí)以及實(shí)驗(yàn)對(duì)于物理研究的重要性；（3）知道某一物質(zhì)在不同環(huán)境下所表現(xiàn)的不同規(guī)律特性。3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀（1）通過學(xué)生閱讀和教師介紹講解，使學(xué)生了解科學(xué)真知的得到并非一蹴而就，需要經(jīng)過一個(gè)較長(zhǎng)的歷史發(fā)展過程，不斷得到糾正與修正；（2）通過相關(guān)理論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，使學(xué)生逐步形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度；（3）通過了解電子衍射實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解創(chuàng)造條件來進(jìn)行有關(guān)物理實(shí)驗(yàn)的方法。教學(xué)重點(diǎn)：實(shí)物粒子和光子一樣具有波粒二象性，德布羅意波長(zhǎng)和粒子動(dòng)量關(guān)系。教學(xué)難點(diǎn)：實(shí)物粒子的波動(dòng)性的理解。教學(xué)方法：學(xué)生閱讀討論交流教師講解歸納總

22、結(jié)。教學(xué)用具：課件：PP演示文稿（科學(xué)家介紹，本節(jié)知識(shí)結(jié)構(gòu)）。多媒體教學(xué)設(shè)備。教學(xué)過程：第三節(jié) 嶄新的一頁：粒子的波動(dòng)性（一）引入新課提問：前面我們學(xué)習(xí)了有關(guān)光的一些特性和相應(yīng)的事實(shí)表現(xiàn)，那么我們究竟怎樣來認(rèn)識(shí)光的本質(zhì)和把握其特性呢？（光是一種物質(zhì)，它既具有粒子性，又具有波動(dòng)性。在不同條件下表現(xiàn)出不同特性，分別舉出有關(guān)光的干涉衍射和光電效應(yīng)等實(shí)驗(yàn)事實(shí)）。 我們不能片面地認(rèn)識(shí)事物，能舉出本學(xué)科或其他學(xué)科或生活中類似的事或物嗎？（二）進(jìn)行新課1、光的波粒二象性 講述光的波粒二象性，進(jìn)行歸納整理。（1）我們所學(xué)的大量事實(shí)說明：光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光具有波粒二象性。光的分立性和連續(xù)性是相對(duì)的

23、，是不同條件下的表現(xiàn)，光子的行為服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。（2）光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的概率遵從波動(dòng)規(guī)律，物理學(xué)中把光波叫做概率波。2、光子的能量與頻率以及動(dòng)量與波長(zhǎng)的關(guān)系。 提問：作為物質(zhì)的實(shí)物粒子(如電子、原子、分子等)是否也具有波動(dòng)性呢？3、粒子的波動(dòng)性提問：誰大膽地將光的波粒二象性推廣到實(shí)物粒子？只是因?yàn)樗竽憜?？（法?guó)科學(xué)家德布羅意考慮到普朗克能量子和愛因斯坦光子理論的成功，大膽地把光的波粒二象性推廣到實(shí)物粒子。）（1）德布羅意波：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，這種波稱之為物質(zhì)波，也叫德布羅意波。（2）物質(zhì)波波長(zhǎng)： 提問：各物理量的意義？（為德布羅意波長(zhǎng)，h為普朗克常量，p為粒子動(dòng)量） 閱讀課本有關(guān)內(nèi)容，為

24、什么德布羅意波觀點(diǎn)很難通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證？又是在怎樣的條件下使實(shí)物粒子的波動(dòng)性得到了驗(yàn)證？4、物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提問：粒子波動(dòng)性難以得到驗(yàn)證的原因？（宏觀物體的波長(zhǎng)比微觀粒子的波長(zhǎng)小得多，這在生活中很難找到能發(fā)生衍射的障礙物，所以我們并不認(rèn)為它有波動(dòng)性，作為微觀粒子的電子，其德布羅意波波長(zhǎng)為1010m數(shù)量級(jí)，找與之相匹配的障礙物也非易事）例題：某電視顯像管中電子的運(yùn)動(dòng)速度是4.0×107m/s；質(zhì)量為10g的一顆子彈的運(yùn)動(dòng)速度是200m/s。分別計(jì)算它們的德布羅意波長(zhǎng)。（根據(jù)公式計(jì)算得1.8×10-11m和3.3×10-34m）電子波動(dòng)性的發(fā)現(xiàn)者戴維森和小湯姆遜 電子波動(dòng)

25、性的發(fā)現(xiàn),使得德布羅意由于提出實(shí)物粒子具有波動(dòng)性這一假設(shè)得以證實(shí)，并因此而獲得1929年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，而戴維森和小湯姆遜由于發(fā)現(xiàn)了電子的波動(dòng)性也同獲1937年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 閱讀有關(guān)物理學(xué)歷史資料，了解物理學(xué)有關(guān)知識(shí)的形成建立和發(fā)展的真是過程。（應(yīng)用物理學(xué)家的歷史資料，不僅有真實(shí)感，增強(qiáng)了說服力，同時(shí)也能對(duì)學(xué)生進(jìn)行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，激發(fā)學(xué)生的探索精神） 電子衍射實(shí)驗(yàn)：1927年，兩位美國(guó)物理學(xué)家使電子束投射到鎳的晶體上，得到了電子束的衍射圖案，從而證實(shí)了德布羅意的假設(shè)。除了電子以外，后來還陸續(xù)證實(shí)了質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動(dòng)性。提問：衍射現(xiàn)象對(duì)高分辨率的顯微

26、鏡有影響否？如何改進(jìn)？（顯微鏡的分辨本領(lǐng)）17.4 概 率 波三維教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能（1）了解微粒說的基本觀點(diǎn)及對(duì)光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問題；（2）了解波動(dòng)說的基本觀點(diǎn)及對(duì)光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問題；（3）了解事物的連續(xù)性與分立性是相對(duì)的，了解光既有波動(dòng)性，又有粒子性；（4）了解光是一種概率波。2、過程與方法（1）領(lǐng)悟什么是概率波；（2）了解物理學(xué)中物理模型的特點(diǎn)初步掌握科學(xué)抽象這種研究方法；（3）通過數(shù)形結(jié)合的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)工具在物理科學(xué)中的作用。3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：理解人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)和研究經(jīng)歷了一個(gè)十分漫長(zhǎng)的過程，這一過程也是辯證發(fā)展的過程根據(jù)事實(shí)建立學(xué)說，發(fā)展學(xué)說，或是

27、決定學(xué)說的取舍，發(fā)現(xiàn)新的事實(shí)，再建立新的學(xué)說。人類就是這樣通過光的行為，經(jīng)過分析和研究，逐漸認(rèn)識(shí)光的本性的。教學(xué)重點(diǎn)：人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)的發(fā)展過程。教學(xué)難點(diǎn)：對(duì)量子化、波粒二象性、概率波等概念的理解。教學(xué)方法：“創(chuàng)設(shè)情景，提出問題觀察思考，自主探索討論交流，總結(jié)歸納”為教學(xué)結(jié)構(gòu)，采用“交流互動(dòng)”。教學(xué)用具：PP演示文稿（科學(xué)家介紹，本節(jié)知識(shí)結(jié)構(gòu)）。多媒體教學(xué)設(shè)備。教學(xué)過程：第四節(jié) 概 率 波（一）引入新課（1）康普頓散射實(shí)驗(yàn)：康普頓效應(yīng)是射線或X 射線打在物質(zhì)上，與物質(zhì)中原子的核外電子發(fā)生相互作用，作用后產(chǎn)生散射光子和反沖電子的效應(yīng)。結(jié)論：康普頓效應(yīng)進(jìn)一步證實(shí)了光的粒子性。是驗(yàn)證光的波粒二象

28、性的重要物理實(shí)驗(yàn)之一。（2）光的衍射：光在傳播中遇到障礙物會(huì)“繞行”。結(jié)論：光具有波動(dòng)性。 分析討論在平常不容易觀察到明顯衍射現(xiàn)象的原因，以及采用怎樣的措施能夠較為方便的觀察到明顯衍射現(xiàn)象？在經(jīng)典的物理學(xué)中，波和粒子是兩種不同的研究對(duì)象，具有非常不同的表現(xiàn)。那么對(duì)于光和電子、質(zhì)子等粒子，這兩種互不相容的屬性又能“集于一身”呢？（二）進(jìn)行新課1、光的波粒二象性 17世紀(jì)的微粒說和波動(dòng)說是兩種對(duì)立的學(xué)說，都受到傳統(tǒng)觀念的影響，因?yàn)閭鹘y(tǒng)觀念認(rèn)為在宏觀現(xiàn)象中波動(dòng)性和粒子性是對(duì)立的。微觀世界的某些屬性與宏觀世界不同，光子說沒有否定波動(dòng)性和光的電磁說，光子的能量與頻率有關(guān)，頻率是波的特征。問題：在微觀世界

29、中，如何把波的圖象與粒子的圖象統(tǒng)一起來呢？2、光波是概率波（1）光強(qiáng) 光的強(qiáng)度指單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)單位面積的光的能量，也就是明條紋處到達(dá)的光子多，暗條紋處到達(dá)的光子數(shù)少。（2）概率波 伽爾頓板實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一：用很弱的光做雙縫干涉，暴光時(shí)間短，可看到膠片上出現(xiàn)一些無規(guī)則分布的點(diǎn)子。實(shí)驗(yàn)二：暴光時(shí)間足夠長(zhǎng)，有大量光子通過狹縫，底片上出現(xiàn)了規(guī)則的干涉條紋。實(shí)驗(yàn)一說明：光表現(xiàn)出粒子性，也看到光子的運(yùn)動(dòng)與宏觀現(xiàn)象中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)不同，沒有一定的軌道。單個(gè)光子通過雙縫后的落點(diǎn)無法預(yù)測(cè)。實(shí)驗(yàn)二說明：光的波動(dòng)性是大量光子表現(xiàn)出來的現(xiàn)象，在干涉條紋中，那些光波強(qiáng)的地方是光子到達(dá)機(jī)會(huì)多的地方或是到達(dá)幾率大的地方，光波弱的地方

30、是光子到達(dá)機(jī)會(huì)少的地方。光的波動(dòng)性可看做是大量光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。思考：是否可以認(rèn)為光子之間的相互作用使它表現(xiàn)出波動(dòng)性？實(shí)驗(yàn)說明：如果狹縫只能讓一個(gè)光子通過，得到的照片和上面相同，把一個(gè)縫擋住，光屏上不再出現(xiàn)干涉條紋，說明光的波動(dòng)性不是光子之間相互作用引起的，是光子本身的一種屬性。3、光的波動(dòng)性與粒子性是不同條件下的表現(xiàn)： 大量光子行為顯示波動(dòng)性；個(gè)別光子行為顯示粒子性；光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性越強(qiáng)；光的波長(zhǎng)越短，粒子性越強(qiáng)。光的波動(dòng)性不是光子之間相互作用引起的，是光子本身的一種屬性。例題：已知每秒從太陽射到地球上垂直于太陽光的每平方米截面上的輻射能為1.4×103J，其中可見光部分約占45

31、%，假設(shè)認(rèn)為可見光的波長(zhǎng)均為0.55m，太陽向各個(gè)方向的輻射是均勻的，日地之間距離為R=1.5×1011m，估算出太陽每秒輻射出的可見光的光子數(shù)。（保留兩位有效數(shù)字） 17.5 不確定關(guān)系三維教學(xué)目標(biāo)1、知識(shí)與技能（1）了解不確定關(guān)系的概念和相關(guān)計(jì)算；（2）了解物理模型與物理現(xiàn)象。2、過程與方法：經(jīng)歷科學(xué)探究過程，認(rèn)識(shí)科學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題，驗(yàn)證物理規(guī)律。3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：能領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。教學(xué)重點(diǎn)：不確定關(guān)系的概念。 教學(xué)難點(diǎn)：對(duì)不確定關(guān)系的定量應(yīng)用。教學(xué)方法

32、：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備。教學(xué)過程：第五節(jié) 不確定關(guān)系（一）引入新課提問：對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)？（光具有波動(dòng)性和粒子性，是一種概率波）設(shè)疑：既然光是粒子，那么它的運(yùn)動(dòng)還遵守牛頓運(yùn)動(dòng)定律嗎？還能用質(zhì)點(diǎn)的位置和動(dòng)量來描述它的運(yùn)動(dòng)嗎？（二）進(jìn)行新課1、德布羅意波的統(tǒng)計(jì)解釋 1926年，德國(guó)物理學(xué)玻恩 （Born ， 1882-1972） 提出了概率波，認(rèn)為個(gè)別微觀粒子在何處出現(xiàn)有一定的偶然性，但是大量粒子在空間何處出現(xiàn)的空間分布卻服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。2、經(jīng)典波動(dòng)與德布羅意波（物質(zhì)波）的區(qū)別 經(jīng)典的波動(dòng)（如機(jī)械波、電磁波等）是可以測(cè)出的、實(shí)際存在于空間的一種波

33、動(dòng)。而德布羅意波（物質(zhì)波）是一種概率波。簡(jiǎn)單的說，是為了描述微觀粒子的波動(dòng)性而引入的一種方法。3、不確定度關(guān)系（uncertainty relatoin） 經(jīng)典力學(xué)：運(yùn)動(dòng)物體有完全確定的位置、動(dòng)量、能量等。微觀粒子：位置、動(dòng)量等具有不確定量（概率）。（1）電子衍射中的不確定度 如圖所示，一束電子以速度 v 沿 oy 軸射向狹縫。電子在中央主極大區(qū)域出現(xiàn)的幾率最大。在經(jīng)典力學(xué)中，粒子（質(zhì)點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用位置坐標(biāo)和動(dòng)量來描述，而且這兩個(gè)量都可以同時(shí)準(zhǔn)確地予以測(cè)定。然而，對(duì)于具有二象性的微觀粒子來說，是否也能用確定的坐標(biāo)和確定的動(dòng)量來描述呢？ 下面我們以電子通過單縫衍射為例來進(jìn)行討論。 設(shè)有一束電子沿oy軸射向屏AB上縫寬為a的狹縫，于是，在照相底片CD上，可以觀察到如下圖所示的衍射圖樣。如果我們?nèi)杂米鴺?biāo)x和動(dòng)量p來描述這一電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，那么，我們不禁要問：一個(gè)電子通過狹縫的瞬時(shí)，它是從縫上哪一點(diǎn)通過的呢?也就是說，電子通過狹縫的瞬時(shí)，其坐標(biāo)x為多少?顯然，這一問題，我們無法準(zhǔn)確地回答，因?yàn)榇藭r(shí)該電子究竟在縫上哪一點(diǎn)通過是無法確定的，即我們不能準(zhǔn)確地確定該電子通過狹縫時(shí)的坐標(biāo)。研究表明：對(duì)于第一衍射極小， 式中為電子的德布羅意波長(zhǎng)。電子的位置和動(dòng)量分別用x和p來表示。電子通過狹縫的瞬間，其位置在 x 方向上的不確定量為，