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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(zhì)認(rèn)識入手，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：第一點，從可以直接感知的實驗現(xiàn)象經(jīng)過推理得到不能直接感知的微觀結(jié)構(gòu)和微觀粒子的運動規(guī)律；第二點，幫助學(xué)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(zhì)的波粒二象性應(yīng)用于實踐等新的觀念.關(guān)于后者我們沒有直接的生活經(jīng)驗，所以教學(xué)中就更顯重要.但也正是因為這個原因，不可能期望學(xué)生經(jīng)過這短短一節(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(tǒng)的連續(xù)性認(rèn)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(zhì)既具有波動性，又具有粒子性.
教學(xué)難點了解事物的連續(xù)性與分立性是相對的.
教具準(zhǔn)備投影儀，投影片.
課時安排1課時
三維目標(biāo)
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(tǒng)的連續(xù)性認(rèn)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(zhì)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(zhì)的波粒二象性在實踐中的應(yīng)用.
二、過程與方法
1.學(xué)習(xí)體會假說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，體會量子理論的建立深化了人類對物質(zhì)世界的認(rèn)識.
三、情感態(tài)度與價值觀
通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，領(lǐng)會實驗是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)；體會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)過程
導(dǎo)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(jì)后期的一個重要課題，下面就請大家閱讀教材P117，自學(xué)人們在研究黑體輻射中遇到的問題，即“紫外災(zāi)難”.
推進(jìn)新課
一、紫外災(zāi)難
學(xué)生活動：交流、討論自學(xué)后的收獲，并作出自己的大膽假設(shè).
教師補充：人們研究發(fā)現(xiàn)，黑體的輻射能力與黑體的輻射波長和溫度有關(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)不出與實驗結(jié)果相吻合的實驗曲線.更為嚴(yán)重的是波長向紫外區(qū)域延伸時，出現(xiàn)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(xué)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(xué)家普朗克是如何來解決這個問題的.看看和你的假設(shè)是否一致呢？
二、不連續(xù)的能量
德國物理學(xué)家普朗克用了六年的時間，在用經(jīng)典理論無論如何都解釋不了實驗結(jié)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(zāi)難”.請同學(xué)們閱讀教材，找出他的觀點，并說出你自己的認(rèn)識.
學(xué)生活動：交流、討論自學(xué)后的收獲，并做出自己對這種假說的認(rèn)識，并比較分析量子化假設(shè)與傳統(tǒng)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(jié)：普朗克的量子假說認(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(xiàn)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(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.量子化假說的提出，使人類對世界的認(rèn)識由宏觀轉(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，看看和我們再熟悉不過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：請同學(xué)們閱讀教材P119-P121，找出歷史上對光的認(rèn)識，并說出你自己的認(rèn)識.
學(xué)生活動：交流、討論自學(xué)后的收獲，并闡述自己對這些假說的認(rèn)識.
教師總結(jié)：人類歷史上對光的本質(zhì)有兩種不同的認(rèn)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(xiàn)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(zhì)的重新認(rèn)識.
關(guān)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(zhì)上.
請同學(xué)們再仔細(xì)閱讀教材，看看愛因斯坦是如何解釋這個問題的.
學(xué)生活動：交流、討論自學(xué)后的收獲，并闡述自己對這些假說的認(rèn)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(xiàn)為微粒性實質(zhì)為不連續(xù)性；而在另一些條件下，又突出表現(xiàn)出波動性.
問題好像到此應(yīng)該結(jié)束了，人們將光的本質(zhì)已經(jīng)很好地解釋了，接下來有發(fā)生了什么事情呢？大家接著看書思考.
學(xué)生活動：交流、討論自學(xué)后的收獲，并闡述自己對這些假說的認(rèn)識.
【教師精講】
法國物理學(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），根據(jù)這一理論，每個物質(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)；波動性的實質(zhì)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(zhì)波理解為經(jīng)典的機械波和電磁波.
學(xué)生總結(jié)光本性學(xué)說發(fā)展史：
（1）17世紀(jì)牛頓的微粒說：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、同時發(fā)生的反射和折射、在介質(zhì)中v<c等問題.
（2）17世紀(jì)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(zhì)等問題.
（3）19世紀(jì)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(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“微粒”.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(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)波粒二象性的實踐應(yīng)用
光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡的設(shè)計與制造原理，就是充分利用物質(zhì)的波動性.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，體會量子論的建立深化了人類對物質(zhì)世界的認(rèn)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(tǒng)的連續(xù)性認(rèn)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(zhì)既具有波動性，又具有粒子性；了解物質(zhì)的波粒二象性在實踐中的應(yīng)用.
布置作業(yè)
課本P121作業(yè)2、3.
板書設(shè)計
一、紫外災(zāi)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(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，又有波動性.
活動與探究
到圖書館或上網(wǎng)查找有關(guān)近代物理學(xué)的成就，寫成小報告供大家交流.
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