精選高中物理《量子世界》教案

　　量子世界

　　從容說課

　　在這一節(jié)，教材開始涉及微觀粒子的運動規(guī)律.主要從人類研究黑體輻射遇到的問題引入，引出普朗克的黑體的研究成果“能量的不連續(xù)性”，得出量子的概念.最后，從光的本質認識入手，發(fā)現不但光子具有波粒二象性，物質也同樣具有波粒二象性.

　　這一節(jié)的教學要特別注意兩點：第一點，從可以直接感知的實驗現象經過推理得到不能直接感知的微觀結構和微觀粒子的運動規(guī)律；第二點，幫助學生建立諸如能量量子化、光與實物粒子的波粒二象性以及物質的波粒二象性應用于實踐等新的觀念.關于后者我們沒有直接的生活經驗，所以教學中就更顯重要.但也正是因為這個原因，不可能期望學生經過這短短一節(jié)的學習就能牢固正確地樹立這些觀念.

　　教學重點1.理解普朗克的量子假說，知道能量具有不連續(xù)性，與傳統的連續(xù)性認識是不同的；

　　2.了解事物的連續(xù)性與分立性是相對的；

　　3.知道物質既具有波動性，又具有粒子性.

　　教學難點了解事物的連續(xù)性與分立性是相對的.

　　教具準備投影儀，投影片.

　　課時安排1課時

　　三維目標

　　一、知識與技能

　　1.理解普朗克的量子假說，知道能量具有不連續(xù)性，與傳統的連續(xù)性認識是不同的.

　　2.了解事物的連續(xù)性與分立性是相對的；

　　3.知道物質既具有波動性，又具有粒子性；

　　4.了解光是一種概率波；

　　5.了解物質的波粒二象性在實踐中的應用.

　　二、過程與方法

　　1.學習體會假說的提出與論證這一近代物理學中的研究方式.

　　2.初步了解微觀世界中的量子化現象，知道宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點，體會量子理論的建立深化了人類對物質世界的認識.

　　三、情感態(tài)度與價值觀

　　通過本節(jié)課的學習，領會實驗是檢驗真理的唯一標準；體會我們唯有敢于向真理挑戰(zhàn)、向傳統的觀念挑戰(zhàn)，才有可能有所創(chuàng)新、有所發(fā)現，直至發(fā)現新的真理.

　　教學過程

　　導入新課

　　對物體熱輻射的研究，尤其是對黑體輻射的研究是19世紀后期的一個重要課題，下面就請大家閱讀教材P117，自學人們在研究黑體輻射中遇到的問題，即“紫外災難”.

　　推進新課

　　一、紫外災難

　　學生活動：交流、討論自學后的收獲，并作出自己的大膽假設.

　　教師補充：人們研究發(fā)現，黑體的輻射能力與黑體的輻射波長和溫度有關，但研究又發(fā)現用經典物理的理論去推導卻導不出與實驗結果相吻合的實驗曲線.更為嚴重的是波長向紫外區(qū)域延伸時，出現了障礙.這也就是開爾文所說的第二朵烏云.

　　【合作探究】

　　你覺得夏天穿什么顏色的衣服最熱？為什么？

　　大家都知道，火可以輻射光和熱.有位同學說：“寒冬的雪也會輻射光和熱”.你怎么看？

　　教師點撥：參看教材的兩個圖像“輻射強度”與“理論曲線”就可以得到答案.

　　教師活動：難道這個障礙就真的無法逾越嗎？我們接下來再看看另一位偉大的物理學家普朗克是如何來解決這個問題的.看看和你的假設是否一致呢？

　　二、不連續(xù)的能量

　　德國物理學家普朗克用了六年的時間，在用經典理論無論如何都解釋不了實驗結果的情況下，他不得已提出了新的假說.這就是非常著名的量子假說，成功地解決了“紫外災難”.請同學們閱讀教材，找出他的觀點，并說出你自己的認識.

　　學生活動：交流、討論自學后的收獲，并做出自己對這種假說的認識，并比較分析量子化假設與傳統觀念的碰撞，用例子說明量子化與連續(xù)性的相對性.

　　教師小結：普朗克的量子假說認為，物質輻射（或吸收）的能量是一份一份的，就像物質是由一個個原子組成的一樣.將這樣的一份份能量稱為量子.而且他還給出了量子的能量與波長成反比，與頻率成正比.即 ，公式中h是普朗克常量，是微觀現象量子特性的表征.

　　教師活動：量子化與連續(xù)性的相對性我們可以這樣去理解，在宏觀世界里能量體現的是連續(xù)的，在微觀世界里量子化或不連續(xù)性是顯著的.量子化假說的提出，使人類對世界的認識由宏觀轉向了微觀世界，極大地開拓了我們的眼界.

　　既然我們已經掌握了探究微觀世界的有力武器——量子，下面我們就來更深入地研究微觀世界的物質體現的特性，看看和我們再熟悉不過的宏觀世界有哪些不同的地方？

　　三、物質的波粒二象性

　　教師活動：請同學們閱讀教材P119-P121，找出歷史上對光的認識，并說出你自己的認識.

　　學生活動：交流、討論自學后的收獲，并闡述自己對這些假說的認識.

　　教師總結：人類歷史上對光的本質有兩種不同的認識，其實不管是牛頓的微粒說還是惠更斯的波動說都是為了解釋某一特定的現象才引入的.所以它們都有各自的弊端.一些問題的難以解決又將人們帶入了對光的本質的重新認識.

　　關鍵時刻又是愛因斯坦帶來了新鮮的血液.他將普朗克的量子化理論用在了解釋光的本質上.

　　請同學們再仔細閱讀教材，看看愛因斯坦是如何解釋這個問題的.

　　學生活動：交流、討論自學后的收獲，并闡述自己對這些假說的認識.

　　教師活動：是的，光具有波粒二象性.在一定條件下，突出的表現為微粒性實質為不連續(xù)性；而在另一些條件下，又突出表現出波動性.

　　問題好像到此應該結束了，人們將光的本質已經很好地解釋了，接下來有發(fā)生了什么事情呢？大家接著看書思考.

　　學生活動：交流、討論自學后的收獲，并闡述自己對這些假說的認識.

　　【教師精講】

　　法國物理學家德布羅意進一步提出了物質波的理論（獲1929年諾貝爾物理學獎），根據這一理論，每個物質粒子都伴隨著一種波，即物質波，又稱為概率波.這個理論揭示了物質的統一性.

　　總之，物質具有波粒二象性，我們要注意粒子性的本質在于不連續(xù)；波動性的實質在于對微觀物體狀態(tài)及運動描述的不確定性，不能把物質波理解為經典的機械波和電磁波.

　　學生總結光本性學說發(fā)展史：

　�。�1）17世紀牛頓的微粒說：光是從光源發(fā)出的一種物質微粒，在均勻介質中以一定的速度傳播.能解釋光的反射等現象，不能解釋光的互不干擾、同時發(fā)生的反射和折射、在介質中v<c等問題.

　　（2）17世紀惠更斯的波動說：光是在空間傳播的某種波.能解釋光的互不干擾、同時發(fā)生的反射和折射，但不能解釋影子的形成、傳播不需要介質等問題.

　�。�3）19世紀60年代麥克斯韋的電磁說：光是一種電磁波，具電磁本性.使波動理論發(fā)展到了相當完美的地步.根據有：電磁波速等于光速；傳播不需要介質；不能完美地解釋光電效應.

　�。�4）20世紀初愛因斯坦的光子說：光是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫一個光子，E=hν.注意，這完全不同于牛頓的“微�！�.愛因斯坦吸收了普朗克的量子思想，很好地解釋了光電效應，又保留了電磁波的特征.

　�。�5）20世紀前期德布羅意的波粒二象性：光是一種波，同時也是一種粒子，即光具有波粒二象性.

　　四、物質波粒二象性的實踐應用

　　光學顯微鏡和電子顯微鏡的設計與制造原理，就是充分利用物質的波動性.當今技術可以制造出觀察原子的掃描隧道顯微鏡.

　　課堂小結

　　通過本節(jié)課的學習，我們初步了解了微觀世界中的量子化現象，知道了宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點，體會量子論的建立深化了人類對物質世界的認識；理解了普朗克的量子假說，知道能量具有不連續(xù)性，與傳統的連續(xù)性認識是不同的；了解事物的連續(xù)性與分立性是相對的；知道物質既具有波動性，又具有粒子性；了解物質的波粒二象性在實踐中的應用.

　　布置作業(yè)

　　課本P121作業(yè)2、3.

　　板書設計

　　一、紫外災難

　　人類對黑體輻射的研究遇到了困難

　　二、不連續(xù)的能量

　　普朗克提出了量子假說，即 ，認為輻射中的能量是一份一份的，而不是連續(xù)的.在微觀世界里，量子化或不連續(xù)性是很顯著的.

　　三、物質的波粒二象性

　　不僅光具有波粒二象性，物質也同樣具有波粒二象性；

　　波粒二象性是指物質既有粒子性，又有波動性.

　　活動與探究

　　到圖書館或上網查找有關近代物理學的成就，寫成小報告供大家交流.

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