第十七章教案---波粒二象性-文庫(kù)吧資料
2025-08-11 15:45本頁(yè)面
【正文】 特性和相應(yīng)的事實(shí)表現(xiàn)，那么我們究竟怎樣來(lái)認(rèn)識(shí)光的本質(zhì)和把握其特性呢？（光是一種物質(zhì)，它既具有粒子性，又具有波動(dòng)性。教學(xué)用具：課件：PP演示文稿（科學(xué)家介紹，本節(jié)知識(shí)結(jié)構(gòu)）。教學(xué)難點(diǎn)：實(shí)物粒子的波動(dòng)性的理解。情感、態(tài)度與價(jià)值觀（1）通過(guò)學(xué)生閱讀和教師介紹講解，使學(xué)生了解科學(xué)真知的得到并非一蹴而就，需要經(jīng)過(guò)一個(gè)較長(zhǎng)的歷史發(fā)展過(guò)程，不斷得到糾正與修正；（2）通過(guò)相關(guān)理論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，使學(xué)生逐步形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度；（3）通過(guò)了解電子衍射實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解創(chuàng)造條件來(lái)進(jìn)行有關(guān)物理實(shí)驗(yàn)的方法。 嶄新的一頁(yè)：粒子的波動(dòng)性三維教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能（1）了解光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性；（2）知道實(shí)物粒子和光子一樣具有波粒二象性；（3）知道德布羅意波的波長(zhǎng)和粒子動(dòng)量關(guān)系。對(duì)證實(shí)康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn)?？灯疹D于1927年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。（6）康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義 ①有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè)； ②首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”的假設(shè)；③證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的。 ②若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個(gè)原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論， 碰撞前后光子能量幾乎不變，波長(zhǎng)不變。 ②無(wú)法解釋波長(zhǎng)改變和散射角的關(guān)系。波長(zhǎng)的偏移為波長(zhǎng)的偏移只與散射角有關(guān)，而與散射物質(zhì)種類(lèi)及入射的X射線的波長(zhǎng)無(wú)關(guān)， = =103nm（實(shí)驗(yàn)值）稱(chēng)為電子的Compton波長(zhǎng)只有當(dāng)入射波長(zhǎng)與可比擬時(shí)，康普頓效應(yīng)才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見(jiàn)光觀察不到康普頓散射。（3）康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律： 按經(jīng)典電磁理論：如果入射X光是某種波長(zhǎng)的電磁波，散射光的波長(zhǎng)是不會(huì)改變的！散射中出現(xiàn)的現(xiàn)象，稱(chēng)為康普頓散射。 康普頓效應(yīng)（1）光的散射：光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用（1）光控繼電器 可以用于自動(dòng)控制，自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)跟蹤等。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。展示演示文稿資料：愛(ài)因斯坦和密立根 由于愛(ài)因斯坦提出的光子假說(shuō)成功地說(shuō)明了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 ③從方程可以看出光電子初動(dòng)能和照射光的頻率成線性關(guān)系 ④從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動(dòng)能為零時(shí)，可得極限頻率： 愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)圓滿(mǎn)解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)時(shí)并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因?yàn)樗耆`背了光的波動(dòng)理論。（3）愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋 ①光強(qiáng)大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。由能量守恒可得出： W0為電子逸出金屬表面所需做的功，稱(chēng)為逸出功。也就是說(shuō)，頻率為ν 的光是由大量能量為 E =hν的光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速 c 運(yùn)動(dòng)。 為了解釋光電效應(yīng)，愛(ài)因斯坦在能量子假說(shuō)的基礎(chǔ)上提出光子理論，提出了光量子假設(shè)。光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性。 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明：飽和電流不僅與光強(qiáng)有關(guān)而且與頻率有關(guān)，光電子初動(dòng)能也與頻率有關(guān)。經(jīng)典理論認(rèn)為，按照經(jīng)典電磁理論，入射光的光強(qiáng)越大，光波的電場(chǎng)強(qiáng)度的振幅也越大，作用在金屬中電子上的力也就越大，光電子逸出的能量也應(yīng)該越大。從光開(kāi)始照射到光電子逸出所需時(shí)間109s。 ② 截止頻率νc 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νc ，當(dāng)入射光頻率ννc 時(shí)，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率ν νc時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)多大也無(wú)電子逸出金屬表面。 Uc稱(chēng)遏止電壓。概念：遏止電壓，將換向開(kāi)關(guān)反接，電場(chǎng)反向，則光電子離開(kāi)陰極后將受反向電場(chǎng)阻礙作用。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。上述實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么？（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(jiàn)光)的照射下，從物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。對(duì)這一現(xiàn)象及其他相關(guān)問(wèn)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。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)。教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備教學(xué)過(guò)程：第一節(jié) 科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性（一）引入新課 回顧前面的學(xué)習(xí)，總結(jié)人類(lèi)對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)的發(fā)展過(guò)程？（多媒體投影，見(jiàn)課件。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(lè)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。（2）知道愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。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”。使熱愛(ài)科學(xué)的人們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤之爭(zhēng)就此平息了嗎？（沒(méi)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。 1918年普朗克榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。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。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。這就是能量子概念。（瑞利金斯線，見(jiàn)課件）0 1 2 3 4 5 6(μm)1700K1500Kλ1300K1100K實(shí)驗(yàn)結(jié)果能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)
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