【文章內(nèi)容簡介】 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)化的角度來認(rèn)識(shí)，是熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過程。 （ 2）黑體教師：除了熱輻射之外，物體表面還會(huì)吸收和反射外界射來的電磁波。不同的物體吸收和反射電磁波的能力是不一樣的。 黑體模型概念：能全部吸收各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體，稱為絕對(duì)黑體，簡稱黑體。 教師：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)。 2．黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律教師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“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)度與波長的關(guān)系：隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強(qiáng)度都有增加，另一方面，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動(dòng)。 教師：提出問題，設(shè)置疑問。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)律來解釋。德國物理學(xué)家維恩和英國物理學(xué)家瑞利分別提出了輻射 強(qiáng)度按波長分布的理論公式。結(jié)果導(dǎo)致理論與實(shí)驗(yàn)規(guī)律不符，甚至得出了非常荒謬的結(jié)論，當(dāng)時(shí)被稱為“紫外災(zāi)難”。 課件展示：瑞利 金斯線。見課件。 0123456(μ m)1700K1500Kλ 1300K1100K 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 3．能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)教師：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，德國物理學(xué)家普朗克提出能量量子化假說：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和黑體輻射公式（ 1）黑體輻射公式 普朗克在德國物理學(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。使熱愛科學(xué)的人們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤之爭就此平息了嗎？沒有。 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，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”（三）課堂小結(jié)教師活動(dòng)：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請(qǐng)一個(gè)同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請(qǐng)同學(xué)評(píng)價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。 學(xué)生活動(dòng)：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會(huì)寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。 點(diǎn)評(píng)：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。 教師要放開，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識(shí)框架。 （四）作業(yè)：“問題與練習(xí)” 3 題★教學(xué)體會(huì)思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學(xué)的根本； 親自實(shí)踐參與知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實(shí)踐活動(dòng)，物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。 17． 2科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性★新課標(biāo)要求（一）知識(shí)與技能 1．通過實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。 2．知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。 3．了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動(dòng)量（二）過程與方法經(jīng)歷科學(xué)探究過程，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題，驗(yàn)證物理規(guī)律。 （三）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★課時(shí)安排 2 課時(shí)★教學(xué)過程（一）引入新課提問：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)展過程？（多媒體投影，見課件。）學(xué)生回顧、思考，并回答。 教師傾聽、點(diǎn)評(píng)。 光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光是電磁波，光的偏振現(xiàn)象進(jìn)一步說明光還是橫 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)說無法解釋的新現(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)教師：實(shí)驗(yàn)演示。（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)，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗(yàn)電器的指針張角會(huì)變大。 學(xué)生：認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)。 教師提問：上述實(shí)驗(yàn)說明 了什么？學(xué)生：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。 光電子在電場作用下形成光電流。 概念：遏止電壓將換向開關(guān)反接，電場反向，則光電子離開陰極后將受反向電場阻礙作用。 當(dāng) K、 A 間加反向電壓，光電子克服電場力作功，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ν c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ν c。 當(dāng)入射光頻率ν ν c時(shí)，電子才能逸出金屬表面； 當(dāng)入射光頻率ν二、概率波 德布羅意波的統(tǒng)計(jì)解釋 1926 年，德國物理學(xué)玻恩（ Born， 18821972）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。 展示演示文稿資料：玻恩點(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。 ２、概率波對(duì)光的雙縫衍射現(xiàn)象的解釋： 光是一種粒子，它和物質(zhì)的作用是“一份一份”地進(jìn)行的 .用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn) .從光子打在膠片上的位置，我們發(fā)現(xiàn)了規(guī)律性 . 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果曝光時(shí)間不太長，底片上只出現(xiàn)一些無規(guī)則分布的點(diǎn)子，那些點(diǎn)子是光子打在底片上形成的，如果曝光時(shí)間足夠長，我們無法把它們區(qū)分開，因此看起來是連續(xù)的 .單個(gè)光子通過雙縫后的落點(diǎn)無法預(yù)測 ,但是研究很多光子打在膠片上的位置 ,我們發(fā)現(xiàn)了規(guī)律性 :光子落在某些條形區(qū)域內(nèi)的可能性較大 .這些條 形區(qū)域正是某種波通過雙縫后發(fā)生干涉時(shí)振幅加強(qiáng)的區(qū)域 .這個(gè)現(xiàn)象表明，光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大小（概率），正是由于這個(gè)原因， 1926 年德國的物理學(xué)家波恩指出：雖然不能肯定某個(gè)光子落在哪一點(diǎn)，但由屏上各處明暗不同可知，光子落在各點(diǎn)的概率是不一樣的，即光子落在明紋處的概率大，落在暗紋處的概率小。這就是說，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動(dòng)的規(guī)律確定，所以，從光子的概念上看，光波是一種概率波。 物理學(xué)中把光波叫做概率波 .概率表征某一事物出現(xiàn)的可能性 .經(jīng)過長期的探索，人們對(duì)光的認(rèn)識(shí)越來越深入了 .光既是一種波 ,又是一 種粒子 ,光既表現(xiàn)出波動(dòng)性又表現(xiàn)出粒子性 .而在我們的經(jīng)驗(yàn)中找不到既是波 ,又是粒子的東西 .這是因?yàn)槲覀兊慕?jīng)驗(yàn)局限于宏觀物體的運(yùn)動(dòng) ,微觀世界的某些屬性與宏觀世界不同，我們從來沒有過類似的經(jīng)歷 .隨著人類的認(rèn)識(shí)范圍不斷擴(kuò)展，不可能直接感知的事物出現(xiàn)在我們面前 .在這種情況下我們就要設(shè)想一種模型，盡管以日常經(jīng)驗(yàn)來衡量，這個(gè)模型的行為十分古怪，但是只要能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，它就能夠在一定范圍內(nèi)正確代表所研究的對(duì)象 .３、光的波動(dòng)性與粒子性是不同條件下的表現(xiàn)： 講述：大量光子行為顯示波動(dòng)性； 個(gè)別光子行為顯示粒子性； 光的波長越長 ，波動(dòng)性越強(qiáng)； 光的波長越短，粒子性越強(qiáng)４、概率波對(duì)物質(zhì)波的雙縫衍射現(xiàn)象的解釋對(duì)于電子和其他微觀粒子，由于同樣具有波粒二象性，所以與它們相聯(lián)系的物質(zhì)波也是概率波。也就是說，單個(gè)粒子位置是不確定的。對(duì)于大量粒子，這種概率分布導(dǎo)致確定的宏觀結(jié)果。 總之，按光子的模型，用統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)看待單個(gè)粒子與粒子總體的聯(lián)系，并將波的觀點(diǎn)與粒子觀點(diǎn)結(jié)合起來了，但這里的波是特殊意義的波，因而被稱為“概率波”．這種對(duì)物質(zhì)波衍射與實(shí)物粒子的波粒二象性的理解，稱作統(tǒng)計(jì)解釋或概率解釋．點(diǎn)評(píng)：存疑 —— 求解，人類社會(huì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步都是在這樣的情景下取得。 三、課堂小結(jié)教師活動(dòng)：光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性。 既不可把光看成宏觀觀念中的波，也不可把光看成宏觀觀念中的粒子。 學(xué)生在老師進(jìn)行小結(jié)的同時(shí)可以同步把自己對(duì)于本節(jié)課的內(nèi)容小結(jié)進(jìn)行參照對(duì)比，查漏補(bǔ)缺。 點(diǎn)評(píng)：課堂小結(jié) 有利于學(xué)生對(duì)當(dāng)堂課的內(nèi)容形成完善的知識(shí)框架，強(qiáng)化理解和把握一些知識(shí)重點(diǎn)和難點(diǎn)。 四、作業(yè)：完成講義相應(yīng)練習(xí)★教學(xué)體會(huì) ★新課標(biāo)要求（一）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（二）過程與方法經(jīng)歷科學(xué)探究過程，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題，驗(yàn)證物理規(guī)律。 （三）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★課時(shí)安排 1 課時(shí)★教學(xué)過程（一）引入新課提問：對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)？學(xué)生思考、回答：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)量來描述它的運(yùn)動(dòng)嗎？點(diǎn)評(píng)：引發(fā)學(xué)生的好奇心，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。 教師：回答是否定的。光子的運(yùn)動(dòng)具有不確定性。這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)有關(guān)知識(shí)。 （二）進(jìn)行新課 1．德布羅意波的統(tǒng)計(jì)解釋 1926年，德國物理學(xué)玻恩（ Born， 18821972）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。 展示演示文稿資料：玻恩點(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。 2．經(jīng)典波動(dòng)與德布羅意波（物質(zhì)波）的區(qū)別講述：經(jīng)典的波動(dòng)（如機(jī)械波、電磁波等）是可以測出的、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。簡單的說，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展示演示文稿資料： 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。 講述：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)量來描述，而且這兩個(gè)量都可以同時(shí)準(zhǔn)確地予以測定。然而，對(duì)于具有二象性的微觀粒子來說，是否也能用確定的坐標(biāo)和確定的動(dòng)量來描述呢？下面我們以電子通過單縫衍射為例來進(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 來描述這一電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，那么，我們不禁要問：一個(gè)電子通過狹縫的瞬時(shí)，它是從縫上哪一點(diǎn)通過的呢 ?也就是說，電子通過狹縫的瞬時(shí)，其坐標(biāo) x 為多少 ?顯然，這一問題，我們無法準(zhǔn)確地回答，因?yàn)榇藭r(shí)該電子究竟在縫上哪一點(diǎn)通過是無法確定的，即我們不能準(zhǔn)確地確定該電子通過狹縫時(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。 電子的位置和動(dòng)量分別用 x和 p來表示。 電子通過狹縫的 瞬間，其位置在 x 方向上的不確定量為同一時(shí)刻，由于衍射效應(yīng)，粒子的速度方向有了改變，縫越小，動(dòng)量的分量 px 變化越大。 分析計(jì)算可得： 式中 h 為普朗克常量。這就是著名的不確定性關(guān)系，簡稱不確定關(guān)系。 上式表明： ①許多相同粒子在相同條件下實(shí)驗(yàn)，粒子在同一時(shí)刻并不處在同一位置。 ②用單個(gè)粒子重復(fù)，粒子也不在同一位置出現(xiàn)。