光的微粒說和波動說

1、光的微粒說和波動說一、教學(xué)目標1 物理知識方面(1) 了解微粒說的基本觀點及對光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問題(2) 了解波動說的基本觀點及對光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問題2 物理思想方面，人類對光的本性的認識和研究經(jīng)歷了一個十分漫長的過程，這一過程也是辯證發(fā)展的過程根據(jù)事實建立學(xué)說，發(fā)展學(xué)說，或是決定學(xué)說的取舍，發(fā)現(xiàn)新的事實，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，逐漸認識光的本性的3 過程和方法注重體現(xiàn)以學(xué)生為主體的教學(xué)理念，在師生的共同教學(xué)活動中，通過對“光”物理現(xiàn)象的觀察、分析和歸納，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力，并通過實驗讓學(xué)生了解研究物理的重要方法。4 情景態(tài)度和價值觀,先布置

2、課后作業(yè)(上一節(jié)課),提出問題,“光是什么”即光的本質(zhì)，讓同學(xué)們回去查閱有關(guān)資料，網(wǎng)上查詢也可，分組進行，培養(yǎng)學(xué)生團結(jié)互助的精神，學(xué)習(xí)物理前輩嚴謹兼收并蓄的科學(xué)態(tài)度。5重點難點重點：光的本質(zhì)和認識難點：光的波動性概念的形成二、教學(xué)設(shè)計思路和教學(xué)流程1 教學(xué)理念：本節(jié)課自始至終貫徹二期課改“以學(xué)生發(fā)展為本，教學(xué)內(nèi)容貼近生活、貼近時代，實現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的根本轉(zhuǎn)變的教學(xué)理念；課堂教學(xué)的主線是：情景引入一探索研究一拓展應(yīng)用，情景為基礎(chǔ)，探究為核心，情景引導(dǎo)探究，自主活動以“大家談”形式貫穿于課堂教學(xué)的始終。、2 教學(xué)方法：心理學(xué)研究認為“當人遇到問題需要解決：而又沒有現(xiàn)成辦法時，思維才出現(xiàn)”；所以，本

3、節(jié)課采用的教學(xué)方法一改過去傳統(tǒng)教學(xué)的教師敘述、學(xué)生被動接受、死記硬背、機械訓(xùn)練的模式，轉(zhuǎn)向?qū)W生親身體驗感受、主動參與、合作探究，由接受式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃荧@取式學(xué)習(xí)，通過創(chuàng)設(shè)物理情景，制造懸念，使學(xué)生“悟物窮理；通也引導(dǎo)、啟發(fā)、討論從而進行探究，建立正確的波及相關(guān)的物理概念。學(xué)生在獲取知識的同時，培養(yǎng)了學(xué)習(xí)能力。：3 教學(xué)手段：通過生活中常見的典型事例及學(xué)生親自參與的“演示”，由創(chuàng)設(shè)的物理情景引出問題，喚起學(xué)生的感性認識，激發(fā)學(xué)生的求知欲，提供便于探索規(guī)律的良好的物理情境。并充分運用現(xiàn)代信息技術(shù)平臺，以多媒體動畫模擬，再次為學(xué)生構(gòu)建了逼真的物理情景。這一章的內(nèi)容，貫穿一條主線人類對光的本性的認識的

4、發(fā)展過程結(jié)合各節(jié)內(nèi)容，適當穿插物理學(xué)史材料是必要的這種做法不但可使課堂教學(xué)主動活潑，內(nèi)容豐富，還可以對學(xué)生進行唯物辯證思想教育本節(jié)就課本內(nèi)容，十分簡單，學(xué)生學(xué)起來十分枯燥課本所提到的內(nèi)容，都是結(jié)論性的，加入一些史料不僅可能而且必要。三、主要教學(xué)過程情景引入（一）師：在歷史上對光的本質(zhì)的認識有幾種觀點？生：兩種，牛頓的微粒說和惠更斯波動說師：你們認為哪種觀點正確？生：惠更斯波動說師：牛頓的微粒說能解釋哪種現(xiàn)象：光的反射折射、光的直線傳播（多媒體演示光的反射折射、光的直線傳播），而波是可以衍射的，你們說為什么牛頓“微粒說”不正確而“波動說”正確？生：牛頓微粒說不能解釋兩束光相遇后，為何仍能沿原方向

5、傳播（學(xué)生演示：彈性小球在空中相遇的情況，波在空中疊加的情況）師：牛頓微粒說在解釋上述情景無能為力，但波動論也有不足之處，我們知道光是沿直線傳播的，但波又可以衍射，比如“聽其聲而不見其人”說明光是沿直線傳播，而聲波是可以繞射的，你們怎么解釋此現(xiàn)象？生：光也可以衍射（實驗：從網(wǎng)上查到激光筆（幾元就可以買到）通過單縫發(fā)生了衍射）發(fā)生明顯衍射的條件：波長和孔的尺寸相比。聲波的波長長，光波的波長很短。聲波在一般情況下可以繞射，而光波不容易觀察到衍射現(xiàn)象。師：同學(xué)們通過觀察，思考得出了正確的結(jié)論，當光的干涉衍射現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)后，波動論就戰(zhàn)勝了微粒說，但是否波動說就非常完美了？問題1：光既然是波，傳播光的媒質(zhì)

6、是什么（波的條件：波源和媒質(zhì)）情景引入（二）學(xué)生總結(jié)：光學(xué)現(xiàn)象是與人類的生產(chǎn)和日常生活密切相關(guān)的人類在對光學(xué)現(xiàn)象、規(guī)律的研究的同時，也開始了對光本性的探究到了17世紀，人類對光的本性的認識逐漸形成了兩種學(xué)說（一）光的微粒說一般，人們都認為牛頓是微粒說的代表，牛頓于1675年曾提出：“光是一群難以想象的細微而迅速運動的大小不同的粒子”，這些粒子被發(fā)光體“一個接一個地發(fā)射出來”用這樣的觀點，解釋光的直進性、影的形成等現(xiàn)象是十分方便的在解釋光的反射和折射現(xiàn)象時，同樣十分簡便當光射到兩種介質(zhì)的界面時，要發(fā)生反射和折射在解釋反射現(xiàn)象時，只要假設(shè)光的微粒在與介質(zhì)作用時，其相互作用，使微粒的速度的豎直分量方

7、向變化，但大小不變；水平分量的大小和方向均不發(fā)生變化（因為在這一方向上沒有相互作用），就可以準確地得出光在反射時，反射角等于入射角這一與實驗事實吻合的結(jié)論說到折射，笛卡兒曾用類似的假設(shè)，成功地得出了入射角正弦與折射角正弦之比為一常數(shù)的結(jié)論但當光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時，發(fā)生的是近法線折射，即入射角大，折射角小這時，必須假設(shè)光在光密介質(zhì)的傳播速度較光在光疏介質(zhì)中的傳播速度大才行一束光入射到兩種介質(zhì)界面時，既有反射，又有折射何種情況發(fā)生反射，何種情況下又發(fā)生折射呢?微粒說在解釋這一點時遇到了很大的困難為此，牛頓提出了著名的“猝發(fā)理論”他提出：“每一條光線在通過任何折射面時，便處于某種為時短暫的過渡

8、性結(jié)構(gòu)和狀態(tài)之中在光線的前進過程中，這種狀態(tài)每隔相等的間隔（等時或等距）內(nèi)就復(fù)發(fā)一次，并使光線在它每一次復(fù)發(fā)時，容易透過下一個折射面，而在它（相繼）兩次復(fù)發(fā)之間容易被這個面所反射”，“我將把任何一條光線返回到傾向于反射（的狀態(tài)）稱它為容易反射的猝發(fā)，而把它返回到傾向于透射（的狀態(tài)）稱它為容易透射的猝發(fā)，并且把每一次返回和下一次返回之間所經(jīng)過的距離稱它為猝發(fā)的間隔”如果說“猝發(fā)理論”還能解釋反射和折射的話，那么，以微粒說解釋兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播這一常見的現(xiàn)象，微粒說則完全無能為力了（二）光的波動說關(guān)于光的本性，當時還存在另一種觀點，即光的波動說認為光是某種振動，以波的形式向四周圍傳

9、播其代表人物是荷蘭物理學(xué)家惠更斯他認為，光是由發(fā)光體的微小粒子的振動在彌漫于一切地方的“以太”介質(zhì)中傳播過程，而不是像微粒說所設(shè)想的像子彈和箭那樣的運動他指出：“假如注意到光線向各個方向以極高的速度傳播，以及光線從不同的地點甚至是完全相反的地方發(fā)出時，光射線在傳播中一條光線穿過另一條光線而相互毫不影響，就能完全明白這一點：當我們看到發(fā)光的物體時，決不可能是由于從它所發(fā)生的物質(zhì)，像穿過空氣的子彈和箭一樣，通過物質(zhì)遷移所引起的”他把光比作在水面上投入石塊時產(chǎn)生的同心圓狀波紋發(fā)光體中的每一個微粒把振動，通過“以太”這種介質(zhì)向周圍傳播，發(fā)出一組組同心的球面波波面上的每一點，又可以此點為中心，再向外傳播

10、子波當然，這樣的觀點解釋同時發(fā)生反射和折射，比微粒說的“猝發(fā)理論”方便得多，以水波為例，水波在傳播時，反射與折射可以同時發(fā)生一列水波在與另一列水波相遇時，可以毫無影響的相互通過惠更斯用波動說還解釋了光的反射和折射但他在解釋光自光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)的近法線折射時，需假設(shè)光在光密介質(zhì)中的傳播速度較小現(xiàn)代光速的測定表明，波動說在解釋折射時依據(jù)的假設(shè)是正確的：光在光密介質(zhì)中傳播時光速較小但在1，7世紀時，光速的測量尚在起步階段，誰是誰非，沒有定論當然，光的波動說在解釋光的直進性和何以能在傳播時，會在不透明物體后留下清晰的影子等問題也遇到困難可見，光的微粒說和波動說在解釋光學(xué)現(xiàn)象時，都各有成功的一面，但

11、都不能完滿地解釋當時所了解的各種光學(xué)現(xiàn)象在其后的100多年中，主要由于牛頓的崇高地位及聲望，因而微粒說一直占主導(dǎo)地位，波動說發(fā)展很緩慢人類對光本性的認識，還期待新的現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)直到19世紀初，人們發(fā)現(xiàn)了光的干涉現(xiàn)象，進一步研究了光的衍射現(xiàn)象干涉和衍射是波動的重要特征，從而光的波動說得到迅速發(fā)展人類對光的本性的認識達到一個新的階段教師補充：牛頓理論中的波動性思想作為一代物理學(xué)大師的牛頓，是提倡了微粒說，但他卻并不排斥波動說他根據(jù)他所做過的大量實驗和縝密的思考，提出了不少卓越的、富有啟發(fā)性的思想在關(guān)于顏色的見解上，他提出“不同種類的光線，是否引起不同大小的振動，并按其大小而激起不同的顏色感覺，正像空

12、氣的振動按其大小而激起不同的聲音感覺一樣?而且是否特別是那些最易折射的光線激起最短的振動以造成深紫色的感覺，最不易折射的光線激起最長的振動，以造成深紅色的感覺，而介于兩者之間的各種光線激起各種中間大小的振動而造成中間顏色的感覺?”他同時還提出：“扔一塊石頭到平靜的水面中，由此激起的水波將在石頭落水的地方持續(xù)一段時間，并從這里以同心圓的形式在水面上向遠處傳播空氣用力撞擊所激起的振動和顫動也將持續(xù)少許時間，并從撞擊處以同心球的形式傳播到遠方，與此相似，當光線射到任何透明體的表面并在那里折射或反射時，是不是因此就要在反射或折射介質(zhì)中入射點的地方，激起振動和顫動的波，而且這種振動總能在那里發(fā)生并從那里

13、傳播出去”在解釋光現(xiàn)象中，牛頓還多次提出了周期性的概念而具有周期性，也是波動的一個重要特征，提出波動說的惠更斯卻否認振動或波動的周期性因此，對牛頓來說，在他的微粒說理論中包含有波動說的合理因素究竟誰是誰非，牛頓認為“我只是對尚待發(fā)現(xiàn)的光和它對自然結(jié)構(gòu)的那些效果開始作了一些分析，對它作了幾點提示，而把這些提示留待那些好奇的人們進一步去用實驗和觀察來加以證明和改進”牛頓的嚴謹，兼收并蓄的科學(xué)態(tài)度是值得我們學(xué)習(xí)的，恐怕這也是他成為物理學(xué)大師的原因之一。四、評點本教學(xué)的特點是：師生作為“辯”“控”雙方：教師認為牛頓的微粒論正確而學(xué)生認為惠更斯的波動論正確，學(xué)生通過實驗觀察多媒體演示（激光筆）演示，逐個反駁老師的“錯誤觀點”，使老師步步后退，但老師也有一些觀點，例如“傳播光的媒質(zhì)”。給學(xué)生留有空間，下節(jié)課師生可以繼續(xù)“辯”和“控”。在這一辨一控中，逐步加深物理概念的理解，同時交給了學(xué)生物理學(xué)習(xí)的方法。構(gòu)建主義教學(xué)的設(shè)計有兩大部分，一部分是學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計，另一部分是資助學(xué)習(xí)的設(shè)計?！白灾鹘?gòu)”是誘導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的