高中物理《量子世界》教案

时间：2023-05-03 10:02:50 物理教案我要投稿

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精选高中物理《量子世界》教案

　　量子世界

精选高中物理《量子世界》教案

　　从容说课

　　在这一节，教材开始涉及微观粒子的运动规律.主要从人类研究黑体辐射遇到的问题引入，引出普朗克的黑体的研究成果“能量的不连续性”，得出量子的概念.最后，从光的本质认识入手，发现不但光子具有波粒二象性，物质也同样具有波粒二象性.

　　这一节的教学要特别注意两点：第一点，从可以直接感知的实验现象经过推理得到不能直接感知的微观结构和微观粒子的运动规律；第二点，帮助学生建立诸如能量量子化、光与实物粒子的波粒二象性以及物质的波粒二象性应用于实践等新的观念.关于后者我们没有直接的生活经验，所以教学中就更显重要.但也正是因为这个原因，不可能期望学生经过这短短一节的学习就能牢固正确地树立这些观念.

　　教学重点1.理解普朗克的量子假说，知道能量具有不连续性，与传统的连续性认识是不同的；

　　2.了解事物的连续性与分立性是相对的；

　　3.知道物质既具有波动性，又具有粒子性.

　　教学难点了解事物的连续性与分立性是相对的.

　　教具准备投影仪，投影片.

　　课时安排1课时

　　三维目标

　　一、知识与技能

　　1.理解普朗克的量子假说，知道能量具有不连续性，与传统的连续性认识是不同的.

　　2.了解事物的连续性与分立性是相对的；

　　3.知道物质既具有波动性，又具有粒子性；

　　4.了解光是一种概率波；

　　5.了解物质的波粒二象性在实践中的应用.

　　二、过程与方法

　　1.学习体会假说的提出与论证这一近代物理学中的研究方式.

　　2.初步了解微观世界中的量子化现象，知道宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子理论的建立深化了人类对物质世界的认识.

　　三、情感态度与价值观

　　通过本节课的学习，领会实验是检验真理的唯一标准；体会我们唯有敢于向真理挑战、向传统的观念挑战，才有可能有所创新、有所发现，直至发现新的真理.

　　教学过程

　　导入新课

　　对物体热辐射的研究，尤其是对黑体辐射的研究是19世纪后期的一个重要课题，下面就请大家阅读教材P117，自学人们在研究黑体辐射中遇到的问题，即“紫外灾难”.

　　推进新课

　　一、紫外灾难

　　学生活动：交流、讨论自学后的收获，并作出自己的大胆假设.

　　教师补充：人们研究发现，黑体的辐射能力与黑体的辐射波长和温度有关，但研究又发现用经典物理的理论去推导却导不出与实验结果相吻合的实验曲线.更为严重的是波长向紫外区域延伸时，出现了障碍.这也就是开尔文所说的第二朵乌云.

　　【合作探究】

　　你觉得夏天穿什么颜色的衣服最热？为什么？

　　大家都知道，火可以辐射光和热.有位同学说：“寒冬的雪也会辐射光和热”.你怎么看？

　　教师点拨：参看教材的两个图像“辐射强度”与“理论曲线”就可以得到答案.

　　教师活动：难道这个障碍就真的无法逾越吗？我们接下来再看看另一位伟大的物理学家普朗克是如何来解决这个问题的.看看和你的假设是否一致呢？

　　二、不连续的能量

　　德国物理学家普朗克用了六年的时间，在用经典理论无论如何都解释不了实验结果的情况下，他不得已提出了新的假说.这就是非常著名的量子假说，成功地解决了“紫外灾难”.请同学们阅读教材，找出他的观点，并说出你自己的认识.

　　学生活动：交流、讨论自学后的收获，并做出自己对这种假说的认识，并比较分析量子化假设与传统观念的碰撞，用例子说明量子化与连续性的相对性.

　　教师小结：普朗克的量子假说认为，物质辐射（或吸收）的能量是一份一份的，就像物质是由一个个原子组成的一样.将这样的一份份能量称为量子.而且他还给出了量子的能量与波长成反比，与频率成正比.即，公式中h是普朗克常量，是微观现象量子特性的表征.

　　教师活动：量子化与连续性的相对性我们可以这样去理解，在宏观世界里能量体现的是连续的，在微观世界里量子化或不连续性是显著的.量子化假说的提出，使人类对世界的认识由宏观转向了微观世界，极大地开拓了我们的眼界.

　　既然我们已经掌握了探究微观世界的有力武器——量子，下面我们就来更深入地研究微观世界的物质体现的特性，看看和我们再熟悉不过的宏观世界有哪些不同的地方？

　　三、物质的波粒二象性

　　教师活动：请同学们阅读教材P119-P121，找出历史上对光的认识，并说出你自己的认识.

　　学生活动：交流、讨论自学后的收获，并阐述自己对这些假说的认识.

　　教师总结：人类历史上对光的本质有两种不同的认识，其实不管是牛顿的微粒说还是惠更斯的波动说都是为了解释某一特定的现象才引入的.所以它们都有各自的弊端.一些问题的难以解决又将人们带入了对光的本质的重新认识.

　　关键时刻又是爱因斯坦带来了新鲜的血液.他将普朗克的量子化理论用在了解释光的本质上.

　　请同学们再仔细阅读教材，看看爱因斯坦是如何解释这个问题的.

　　学生活动：交流、讨论自学后的收获，并阐述自己对这些假说的认识.

　　教师活动：是的，光具有波粒二象性.在一定条件下，突出的表现为微粒性实质为不连续性；而在另一些条件下，又突出表现出波动性.

　　问题好像到此应该结束了，人们将光的本质已经很好地解释了，接下来有发生了什么事情呢？大家接着看书思考.

　　学生活动：交流、讨论自学后的收获，并阐述自己对这些假说的认识.

　　【教师精讲】

　　法国物理学家德布罗意进一步提出了物质波的理论（获1929年诺贝尔物理学奖），根据这一理论，每个物质粒子都伴随着一种波，即物质波，又称为概率波.这个理论揭示了物质的统一性.

　　总之，物质具有波粒二象性，我们要注意粒子性的本质在于不连续；波动性的实质在于对微观物体状态及运动描述的不确定性，不能把物质波理解为经典的机械波和电磁波.

　　学生总结光本性学说发展史：

　　（1）17世纪牛顿的微粒说：光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀介质中以一定的速度传播.能解释光的反射等现象，不能解释光的互不干扰、同时发生的反射和折射、在介质中v<c等问题.

　　（2）17世纪惠更斯的波动说：光是在空间传播的某种波.能解释光的互不干扰、同时发生的反射和折射，但不能解释影子的形成、传播不需要介质等问题.

　　（3）19世纪60年代麦克斯韦的电磁说：光是一种电磁波，具电磁本性.使波动理论发展到了相当完美的地步.根据有：电磁波速等于光速；传播不需要介质；不能完美地解释光电效应.

　　（4）20世纪初爱因斯坦的光子说：光是不连续的，是一份一份的，每一份叫一个光子，E=hν.注意，这完全不同于牛顿的“微粒”.爱因斯坦吸收了普朗克的量子思想，很好地解释了光电效应，又保留了电磁波的特征.

　　（5）20世纪前期德布罗意的波粒二象性：光是一种波，同时也是一种粒子，即光具有波粒二象性.

　　四、物质波粒二象性的实践应用

　　光学显微镜和电子显微镜的设计与制造原理，就是充分利用物质的波动性.当今技术可以制造出观察原子的扫描隧道显微镜.

　　课堂小结

　　通过本节课的学习，我们初步了解了微观世界中的量子化现象，知道了宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子论的建立深化了人类对物质世界的认识；理解了普朗克的量子假说，知道能量具有不连续性，与传统的连续性认识是不同的；了解事物的连续性与分立性是相对的；知道物质既具有波动性，又具有粒子性；了解物质的波粒二象性在实践中的应用.

　　布置作业

　　课本P121作业2、3.

　　板书设计

　　一、紫外灾难

　　人类对黑体辐射的研究遇到了困难

　　二、不连续的能量

　　普朗克提出了量子假说，即，认为辐射中的能量是一份一份的，而不是连续的.在微观世界里，量子化或不连续性是很显著的.

　　三、物质的波粒二象性

　　不仅光具有波粒二象性，物质也同样具有波粒二象性；

　　波粒二象性是指物质既有粒子性，又有波动性.

　　活动与探究

　　到图书馆或上网查找有关近代物理学的成就，写成小报告供大家交流.