高三物理教案《光的波粒二象性》

教學(xué)目標(biāo)1．知識(shí)目標(biāo)了解事物的連續(xù)性與分立性是相對的.了解光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性.也解光是一種概率波.2．能力目標(biāo)。結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)理解物理原理的綜合遷移能力.3.德育目標(biāo)結(jié)合物理學(xué)史使學(xué)生了解到科學(xué)理論的建立過程,滲透科學(xué)研究方法的教育.重點(diǎn)難點(diǎn)分析：光的一種概率波是重點(diǎn)；理解光子的波動(dòng)規(guī)律是難點(diǎn)。教學(xué)設(shè)計(jì)思路：引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)概率的概念.光波和機(jī)械波在本質(zhì)上完全不同.決定光子在空間不同位置出現(xiàn)概率的規(guī)律表現(xiàn)為波的規(guī)律,我們在這種意義上說光是一種波.在課本圖22—3的實(shí)驗(yàn)中，光子在和感光膠片作用時(shí)的表現(xiàn)和通常的粒子一樣，在通過狹縫時(shí)卻和我們印象中的波一樣，這點(diǎn)是很不容易接受的．但是，要說明，實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，人的直接經(jīng)驗(yàn)十分有限，在這種情況下我們就要設(shè)想一種模型，盡管以日常經(jīng)驗(yàn)來衡量，這個(gè)模型的行為十分古怪，但是只要能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，它就能夠在一定范圍內(nèi)正確代表所研究的對象．本節(jié)的閱讀材料《康普頓效應(yīng)》和上節(jié)的閱讀材料《熱輻射和普朗克的量子說》對于理解量子化、波粒二象性等概念都有幫助，指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真閱讀．教學(xué)媒體:課件教學(xué)過程：引入新課光的本質(zhì)是什么?有誰能夠講一講你在這方面所了解到的內(nèi)容?確實(shí)，對光的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，在物理學(xué)發(fā)展史上有著曲折的過程，而且有過激烈的爭論．爭論的焦點(diǎn)為——光到底是粒子還是波．而且都試圖把光的本性歸結(jié)到自己的觀點(diǎn)之中，但事實(shí)未能使人們?nèi)缭福獾母缮妗⒀苌湫坜q地說明光是一種波，光電效應(yīng)等現(xiàn)象又無可非議地說明光是粒子(當(dāng)然這里的波已不再是惠更斯提出的在“以太”中傳播的彈性脈動(dòng)波，而這里的粒子也不再是牛頓微粒說中的彈性粒子，而是光子)，最終人們不得不承認(rèn)，光既有波動(dòng)性又有粒子性，即光具有波粒二象性這樣一個(gè)事實(shí)．新課活動(dòng)一、光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光具有波粒二象性．為了更好地說明光具有波粒二象性，讓我們循著前人的足跡來回顧一下有關(guān)的實(shí)驗(yàn)．介紹實(shí)驗(yàn)：用微弱的光照射雙縫，并使光通過雙縫到達(dá)光屏(感光膠片)，在照射時(shí)間不。太長的情況下，膠片上的點(diǎn)跡是隨機(jī)、散落而且是毫無規(guī)律的．這個(gè)事實(shí)說明了光是“一份一份”的粒子．1、光是粒子(光子)．對于隨機(jī)散落的光子，隨著照射時(shí)間的延長，膠片上的痕跡表現(xiàn)出光在某個(gè)區(qū)域落腳的可能性較大，而在另一些區(qū)域分布較少的規(guī)律性分布。該分布的情況恰好與用強(qiáng)光照射(此時(shí)可認(rèn)為光是連續(xù)的)形成干涉條紋的情況相吻合，這種規(guī)律性與波動(dòng)的規(guī)律一致．所以我們說光是一種波．2、光是一種波．單個(gè)光子的隨機(jī)性與大量光子的規(guī)律性也體現(xiàn)了對事物認(rèn)識(shí)的一個(gè)重要觀點(diǎn)，這就是：3、分立性與連續(xù)性是相對的．光子的行為服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律．干涉加強(qiáng)處表示光子到達(dá)的數(shù)目多，從統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)來看就是光子在該處出現(xiàn)的概率大，干涉減弱處表示光子到達(dá)的數(shù)目少，也就是光子在該處出現(xiàn)的概率?。@種概率的大小服從波動(dòng)規(guī)律，因此我們把光波叫做概率波．光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大?。ǜ怕剩┛梢杂貌▌?dòng)規(guī)律來描述。引導(dǎo)學(xué)生談對概率的理解。4、光是一種概率波。從經(jīng)典物理學(xué)的角度上講，波動(dòng)應(yīng)該是質(zhì)點(diǎn)間相互作用的結(jié)果．在這里，光子具有波動(dòng)性就應(yīng)該是光子與光子作用的結(jié)果．但人們發(fā)現(xiàn)在上述雙縫實(shí)驗(yàn)中，假使光很弱，弱到光子一個(gè)一個(gè)地射向膠片(這時(shí)排除了光子間有相互作用)，在照射時(shí)間足夠長時(shí)，底片上最終還是形成了干涉圖樣，這說明波動(dòng)性不是由于光子間相互作用引起的，而是單個(gè)光子的固有屬性．更有趣的是，盡管讓光子一個(gè)一個(gè)地通過狹縫，如果擋住一個(gè)縫，干涉條紋不再出現(xiàn)，好像一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的光子能“知道”另一個(gè)狹縫的存在似的．這一點(diǎn)似乎讓人不可思議，其實(shí)這也說明波動(dòng)性恰是光子的固有特性。二、建立模型是科學(xué)研究的需要.模型的正確與否要看其能否正確反映研究對象的客觀規(guī)律．閱讀教材第49頁最后兩段．這部分內(nèi)容告訴我們，對微觀領(lǐng)域不能抱著宏觀的、固有的模式去理解，而應(yīng)建立一個(gè)全新的模型．只要該模型能正確地代表研究對象，很好地解釋其現(xiàn)象和規(guī)律，則可承認(rèn)其正確性．光的波粒二象性正是這樣一個(gè)“古怪”而被事實(shí)證明是正確的模型．小結(jié)微粒性與波動(dòng)性的相互聯(lián)系與滲透。波動(dòng)性與微粒性互相轉(zhuǎn)化。用概率的思想理解光波。鞏固練習(xí)1、對于光的波粒二象性的說法中，正確的是()A．一束傳播的光，有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣一種粒子，光波與機(jī)械波同樣是一種波巳光的波動(dòng)性是由于光子間的相互作用而形成的D．光是一種波，同時(shí)也是一種粒子．光子說并未否定電磁說，在光子能量E=hν中，頻率，ν仍表示的是波的特性2、用功率Po=1W的光源，照射寓光源r=1m處的某塊金屬薄片．已知光源發(fā)出的波長λ=600nm的