第十七章教案波粒二象性教案

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(guò)實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)。知道愛(ài)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(shuō)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(guò)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(guò)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(xiě)出讀書(shū)體會(huì)。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(guò)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(lè)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，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備教學(xué)過(guò)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(jiàn)課件。）19世紀(jì)末頁(yè)，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(shuō)，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(kāi)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)工作就行了。”也就是說(shuō)：物理學(xué)已經(jīng)沒(méi)有什么新東西了，后一輩只要把做過(guò)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(kāi)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(wú)路，柳暗花明又一村”。點(diǎn)出課題：我們這節(jié)課就來(lái)體驗(yàn)物理學(xué)新紀(jì)元的到來(lái)――能量量子化的發(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(guò)課件展示，加深學(xué)生對(duì)熱輻射的理解。并通過(guò)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(lái)認(rèn)識(shí)，是熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過(guò)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(lái)的電磁波。不同的物體吸收和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(lái)解釋。德國(guó)物理學(xué)家維恩和英國(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(jiàn)課件）0123456(μm)1700K1500Kμm)1700K1500Kλ1300K1100K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(shuō)：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)的能量是某一最小能量ε（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：ε，1ε，2ε，3ε，...nε，n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。對(duì)于頻率為ν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(shuō)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(lái)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(guò)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，為人類解決了一大難題。使熱愛(ài)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(méi)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(lái)，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(guò)實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。（2）知道愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。（3）了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動(dòng)量2、過(guò)程與方法：經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)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(wèn)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(lè)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(ài)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(guò)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(guò)程？（多媒體投影，見(jiàn)課件。）光的干涉、衍射現(xiàn)象說(shuō)明光是電磁波，光的偏振現(xiàn)象進(jìn)一步說(shuō)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(shuō)無(wú)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(wèn)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(guò)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(shuō)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(jiàn)光)的照射下，從物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。發(fā)射出來(lái)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(kāi)關(guān)反接，電場(chǎng)反向，則光電子離開(kāi)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①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。②截止頻率νc----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νc，當(dāng)入射光頻率ν>νc時(shí)，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率ν<νc時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)多大也無(wú)電子逸出金屬表面。③光電效應(yīng)是瞬時(shí)的。從光開(kāi)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(wú)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(shuō)，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(wú)論光強(qiáng)再大也沒(méi)有光電流。光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性。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(guò)程。為了解釋光電效應(yīng)，愛(ài)因斯坦在能量子假說(shuō)的基礎(chǔ)上提出光子理論，提出了光量子假設(shè)。4、愛(ài)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hν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(shuō)，頻率為ν的光是由大量能量為E=hν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(ài)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(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋①光強(qiáng)大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。②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。③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④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(ài)因斯坦光子假說(shuō)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(ài)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(ài)因斯坦和密立根由于愛(ài)因斯坦提出的光子假說(shuō)成功地說(shuō)明了光電效應(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(guò)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(shuō)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105~108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)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(guò)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(wú)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)：①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)②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(wú)關(guān)，=0.0241?=2.41×10-3nm（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(jiàn)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①根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過(guò)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。②無(wú)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①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)。②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)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長(zhǎng)不變。③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①有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè)；②首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”的假設(shè)；③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(shuō)明：動(dòng)量能量是描述粒子的，頻率和波長(zhǎng)則是用來(lái)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(lái)了某種熒光輻射”；在計(jì)算中起先只考慮能量守恒，后來(lái)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.1925—1926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(shuō)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(yè)：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)量關(guān)系。2、過(guò)程與方法（1）了解物理真知形成的歷史過(guò)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(guò)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(guò)一個(gè)較長(zhǎng)的歷史發(fā)展過(guò)程，不斷得到糾正與修正；（2）通過(guò)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(guò)了解電子衍射實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解創(chuàng)造條件來(lái)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(guò)程：第三節(jié)嶄新的一頁(yè)：粒子的波動(dòng)性（一）引入新課提問(wèn)：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(lái)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(shuō)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，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(wèn)：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(wèn)：誰(shuí)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(ài)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(wèn)：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，為什么德布羅意波觀點(diǎn)很難通過(guò)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(wèn)：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10－10m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)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(guò)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(shuō)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(lái)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(wèn)：衍射現(xiàn)象對(duì)高分辨率的顯微鏡有影響否？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(shuō)的基本觀點(diǎn)及對(duì)光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問(wèn)題；（2）了解波動(dòng)說(shuō)的基本觀點(diǎn)及對(duì)光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)程，這一過(guò)程也是辯證發(fā)展的過(guò)程．根據(jù)事實(shí)建立學(xué)說(shuō)，發(fā)展學(xué)說(shuō)，或是決定學(xué)說(shuō)的取舍，發(fā)現(xiàn)新的事實(shí)，再建立新的學(xué)說(shuō)。人類就是這樣通過(guò)光的行為，經(jīng)過(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)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γ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(shuō)和波動(dòng)說(shuō)是兩種對(duì)立的學(xué)說(shuō)，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(shuō)沒(méi)有否定波動(dòng)性和光的電磁說(shuō)，光子的能量與頻率有關(guān)，頻率是波的特征。問(wèn)題：在微觀世界中，如何把波的圖象與粒子的圖象統(tǒng)一起來(lái)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(wú)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(guò)狹縫，底片上出現(xiàn)了規(guī)則的干涉條紋。實(shí)驗(yàn)一說(shuō)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(méi)有一定的軌道。單個(gè)光子通過(guò)雙縫后的落點(diǎn)無(wú)法預(yù)測(cè)。實(shí)驗(yàn)二說(shuō)明：光的波動(dòng)性是大量光子表現(xiàn)出來(lái)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(shuō)明：如果狹縫只能讓一個(gè)光子通過(guò)，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(shuō)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(yáng)射到地球上垂直于太陽(yáng)光的每平方米截面上的輻射能為1.4×103J，其中可見(jiàn)光部分約占45%，假設(shè)認(rèn)為可見(jiàn)光的波長(zhǎng)均為0.55μm，太陽(yáng)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(yáng)每秒輻射出的可見(jiàn)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(guò)程與方法：經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)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(wèn)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(lè)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：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(guò)程：第五節(jié)不確定關(guān)系（一）引入新課提問(wèn)：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(lái)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動(dòng)。而德布羅意波（物質(zhì)波）是一種概率波。簡(jiǎn)單的說(shuō)，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（uncertaintyrelatoin）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(lái)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(lái)說(shuō)，是否也能用確定的坐標(biāo)和確定的動(dòng)量來(lái)描述呢？下面我們以電子通過(guò)單縫衍射為例來(lái)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(lái)描述這一電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，那么，我們不禁要問(wèn)：一個(gè)電子通過(guò)狹縫的瞬時(shí)，它是從縫上哪一點(diǎn)通過(guò)的呢?也就是說(shuō)，電子通過(guò)狹縫的瞬時(shí)，其坐標(biāo)x為多少?顯然，這一問(wèn)題，我們無(wú)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(guò)是無(wú)法確定的，即我們不能準(zhǔn)確地確定該電子通過(guò)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(lái)表示。電子通過(guò)