高中物理《量子世界》教案

時(shí)間：2023-05-03 10:02:50 物理教案我要投稿

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精選高中物理《量子世界》教案

　　量子世界

精選高中物理《量子世界》教案

　　從容說(shuō)課

　　在這一節(jié)，教材開始涉及微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.主要從人類研究黑體輻射遇到的問(wèn)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(zhì)認(rèn)識(shí)入手，發(fā)現(xiàn)不但光子具有波粒二象性，物質(zhì)也同樣具有波粒二象性.

　　這一節(jié)的教學(xué)要特別注意兩點(diǎn)：第一點(diǎn)，從可以直接感知的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象經(jīng)過(guò)推理得到不能直接感知的微觀結(jié)構(gòu)和微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；第二點(diǎn)，幫助學(xué)生建立諸如能量量子化、光與實(shí)物粒子的波粒二象性以及物質(zhì)的波粒二象性應(yīng)用于實(shí)踐等新的觀念.關(guān)于后者我們沒(méi)有直接的生活經(jīng)驗(yàn)，所以教學(xué)中就更顯重要.但也正是因?yàn)檫@個(gè)原因，不可能期望學(xué)生經(jīng)過(guò)這短短一節(jié)的學(xué)習(xí)就能牢固正確地樹立這些觀念.

　　教學(xué)重點(diǎn)1.理解普朗克的量子假說(shuō)，知道能量具有不連續(xù)性，與傳統(tǒng)的連續(xù)性認(rèn)識(shí)是不同的；

　　2.了解事物的連續(xù)性與分立性是相對(duì)的；

　　3.知道物質(zhì)既具有波動(dòng)性，又具有粒子性.

　　教學(xué)難點(diǎn)了解事物的連續(xù)性與分立性是相對(duì)的.

　　教具準(zhǔn)備投影儀，投影片.

　　課時(shí)安排1課時(shí)

　　三維目標(biāo)

　　一、知識(shí)與技能

　　1.理解普朗克的量子假說(shuō)，知道能量具有不連續(xù)性，與傳統(tǒng)的連續(xù)性認(rèn)識(shí)是不同的.

　　2.了解事物的連續(xù)性與分立性是相對(duì)的；

　　3.知道物質(zhì)既具有波動(dòng)性，又具有粒子性；

　　4.了解光是一種概率波；

　　5.了解物質(zhì)的波粒二象性在實(shí)踐中的應(yīng)用.

　　二、過(guò)程與方法

　　1.學(xué)習(xí)體會(huì)假說(shuō)的提出與論證這一近代物理學(xué)中的研究方式.

　　2.初步了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象，知道宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)，體會(huì)量子理論的建立深化了人類對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí).

　　三、情感態(tài)度與價(jià)值觀

　　通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)；體會(huì)我們唯有敢于向真理挑戰(zhàn)、向傳統(tǒng)的觀念挑戰(zhàn)，才有可能有所創(chuàng)新、有所發(fā)現(xiàn)，直至發(fā)現(xiàn)新的真理.

　　教學(xué)過(guò)程

　　導(dǎo)入新課

　　對(duì)物體熱輻射的研究，尤其是對(duì)黑體輻射的研究是19世紀(jì)后期的一個(gè)重要課題，下面就請(qǐng)大家閱讀教材P117，自學(xué)人們?cè)谘芯亢隗w輻射中遇到的問(wèn)題，即“紫外災(zāi)難”.

　　推進(jìn)新課

　　一、紫外災(zāi)難

　　學(xué)生活動(dòng)：交流、討論自學(xué)后的收獲，并作出自己的大膽假設(shè).

　　教師補(bǔ)充：人們研究發(fā)現(xiàn)，黑體的輻射能力與黑體的輻射波長(zhǎng)和溫度有關(guān)，但研究又發(fā)現(xiàn)用經(jīng)典物理的理論去推導(dǎo)卻導(dǎo)不出與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合的實(shí)驗(yàn)曲線.更為嚴(yán)重的是波長(zhǎng)向紫外區(qū)域延伸時(shí)，出現(xiàn)了障礙.這也就是開爾文所說(shuō)的第二朵烏云.

　　【合作探究】

　　你覺(jué)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(xué)說(shuō)：“寒冬的雪也會(huì)輻射光和熱”.你怎么看？

　　教師點(diǎn)撥：參看教材的兩個(gè)圖像“輻射強(qiáng)度”與“理論曲線”就可以得到答案.

　　教師活動(dòng)：難道這個(gè)障礙就真的無(wú)法逾越嗎？我們接下來(lái)再看看另一位偉大的物理學(xué)家普朗克是如何來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題的.看看和你的假設(shè)是否一致呢？

　　二、不連續(xù)的能量

　　德國(guó)物理學(xué)家普朗克用了六年的時(shí)間，在用經(jīng)典理論無(wú)論如何都解釋不了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的情況下，他不得已提出了新的假說(shuō).這就是非常著名的量子假說(shuō)，成功地解決了“紫外災(zāi)難”.請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材，找出他的觀點(diǎn)，并說(shuō)出你自己的認(rèn)識(shí).

　　學(xué)生活動(dòng)：交流、討論自學(xué)后的收獲，并做出自己對(duì)這種假說(shuō)的認(rèn)識(shí)，并比較分析量子化假設(shè)與傳統(tǒng)觀念的碰撞，用例子說(shuō)明量子化與連續(xù)性的相對(duì)性.

　　教師小結(jié)：普朗克的量子假說(shuō)認(rèn)為，物質(zhì)輻射（或吸收）的能量是一份一份的，就像物質(zhì)是由一個(gè)個(gè)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(zhǎng)成反比，與頻率成正比.即，公式中h是普朗克常量，是微觀現(xiàn)象量子特性的表征.

　　教師活動(dòng)：量子化與連續(xù)性的相對(duì)性我們可以這樣去理解，在宏觀世界里能量體現(xiàn)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(shuō)的提出，使人類對(duì)世界的認(rèn)識(shí)由宏觀轉(zhuǎn)向了微觀世界，極大地開拓了我們的眼界.

　　既然我們已經(jīng)掌握了探究微觀世界的有力武器——量子，下面我們就來(lái)更深入地研究微觀世界的物質(zhì)體現(xiàn)的特性，看看和我們?cè)偈煜げ贿^(guò)的宏觀世界有哪些不同的地方？

　　三、物質(zhì)的波粒二象性

　　教師活動(dòng)：請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材P119-P121，找出歷史上對(duì)光的認(rèn)識(shí)，并說(shuō)出你自己的認(rèn)識(shí).

　　學(xué)生活動(dòng)：交流、討論自學(xué)后的收獲，并闡述自己對(duì)這些假說(shuō)的認(rèn)識(shí).

　　教師總結(jié)：人類歷史上對(duì)光的本質(zhì)有兩種不同的認(rèn)識(shí)，其實(shí)不管是牛頓的微粒說(shuō)還是惠更斯的波動(dòng)說(shuō)都是為了解釋某一特定的現(xiàn)象才引入的.所以它們都有各自的弊端.一些問(wèn)題的難以解決又將人們帶入了對(duì)光的本質(zhì)的重新認(rèn)識(shí).

　　關(guān)鍵時(shí)刻又是愛(ài)因斯坦帶來(lái)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(zhì)上.

　　請(qǐng)同學(xué)們?cè)僮屑?xì)閱讀教材，看看愛(ài)因斯坦是如何解釋這個(gè)問(wèn)題的.

　　學(xué)生活動(dòng)：交流、討論自學(xué)后的收獲，并闡述自己對(duì)這些假說(shuō)的認(rèn)識(shí).

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

　　問(wèn)題好像到此應(yīng)該結(jié)束了，人們將光的本質(zhì)已經(jīng)很好地解釋了，接下來(lái)有發(fā)生了什么事情呢？大家接著看書思考.

　　學(xué)生活動(dòng)：交流、討論自學(xué)后的收獲，并闡述自己對(duì)這些假說(shuō)的認(rèn)識(shí).

　　【教師精講】

　　法國(guó)物理學(xué)家德布羅意進(jìn)一步提出了物質(zhì)波的理論（獲1929年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)），根據(jù)這一理論，每個(gè)物質(zhì)粒子都伴隨著一種波，即物質(zhì)波，又稱為概率波.這個(gè)理論揭示了物質(zhì)的統(tǒng)一性.

　　總之，物質(zhì)具有波粒二象性，我們要注意粒子性的本質(zhì)在于不連續(xù)；波動(dòng)性的實(shí)質(zhì)在于對(duì)微觀物體狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)描述的不確定性，不能把物質(zhì)波理解為經(jīng)典的機(jī)械波和電磁波.

　　學(xué)生總結(jié)光本性學(xué)說(shuō)發(fā)展史：

　　（1）17世紀(jì)牛頓的微粒說(shuō)：光是從光源發(fā)出的一種物質(zhì)微粒，在均勻介質(zhì)中以一定的速度傳播.能解釋光的反射等現(xiàn)象，不能解釋光的互不干擾、同時(shí)發(fā)生的反射和折射、在介質(zhì)中v<c等問(wèn)題.

　�。�2）17世紀(jì)惠更斯的波動(dòng)說(shuō)：光是在空間傳播的某種波.能解釋光的互不干擾、同時(shí)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(zhì)等問(wèn)題.

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

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

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

　　四、物質(zhì)波粒二象性的實(shí)踐應(yīng)用

　　光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡的設(shè)計(jì)與制造原理，就是充分利用物質(zhì)的波動(dòng)性.當(dāng)今技術(shù)可以制造出觀察原子的掃描隧道顯微鏡.

　　課堂小結(jié)

　　通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們初步了解了微觀世界中的量子化現(xiàn)象，知道了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類對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)；理解了普朗克的量子假說(shuō)，知道能量具有不連續(xù)性，與傳統(tǒng)的連續(xù)性認(rèn)識(shí)是不同的；了解事物的連續(xù)性與分立性是相對(duì)的；知道物質(zhì)既具有波動(dòng)性，又具有粒子性；了解物質(zhì)的波粒二象性在實(shí)踐中的應(yīng)用.

　　布置作業(yè)

　　課本P121作業(yè)2、3.

　　板書設(shè)計(jì)

　　一、紫外災(zāi)難

　　人類對(duì)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(shuō)，即，認(rèn)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(zhì)的波粒二象性

　　不僅光具有波粒二象性，物質(zhì)也同樣具有波粒二象性；

　　波粒二象性是指物質(zhì)既有粒子性，又有波動(dòng)性.

　　活動(dòng)與探究

　　到圖書館或上網(wǎng)查找有關(guān)近代物理學(xué)的成就，寫成小報(bào)告供大家交流.