高三物理教案《光的波粒二象性》

教學(xué)目標(biāo)1．知識目標(biāo)了解事物的連續(xù)性與分立性是相對的.了解光既具有波動性,又具有粒子性.也解光是一種概率波.2．能力目標(biāo)。結(jié)合數(shù)學(xué)知識理解物理原理的綜合遷移能力.3.德育目標(biāo)結(jié)合物理學(xué)史使學(xué)生了解到科學(xué)理論的建立過程,滲透科學(xué)研究方法的教育.重點難點分析：光的一種概率波是重點；理解光子的波動規(guī)律是難點。教學(xué)設(shè)計思路：引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識概率的概念.光波和機械波在本質(zhì)上完全不同.決定光子在空間不同位置出現(xiàn)概率的規(guī)律表現(xiàn)為波的規(guī)律,我們在這種意義上說光是一種波.在課本圖22—3的實驗中，光子在和感光膠片作用時的表現(xiàn)和通常的粒子一樣，在通過狹縫時卻和我們印象中的波一樣，這點是很不容易接受的．但是，要說明，實驗是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，人的直接經(jīng)驗十分有限，在這種情況下我們就要設(shè)想一種模型，盡管以日常經(jīng)驗來衡量，這個模型的行為十分古怪，但是只要能與實驗結(jié)果一致，它就能夠在一定范圍內(nèi)正確代表所研究的對象．本節(jié)的閱讀材料《康普頓效應(yīng)》和上節(jié)的閱讀材料《熱輻射和普朗克的量子說》對于理解量子化、波粒二象性等概念都有幫助，指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真閱讀．教學(xué)媒體:課件教學(xué)過程：引入新課光的本質(zhì)是什么?有誰能夠講一講你在這方面所了解到的內(nèi)容?確實，對光的本質(zhì)的認(rèn)識，在物理學(xué)發(fā)展史上有著曲折的過程，而且有過激烈的爭論．爭論的焦點為——光到底是粒子還是波．而且都試圖把光的本性歸結(jié)到自己的觀點之中，但事實未能使人們?nèi)缭福獾母缮?、衍射雄辯地說明光是一種波，光電效應(yīng)等現(xiàn)象又無可非議地說明光是粒子(當(dāng)然這里的波已不再是惠更斯提出的在“以太”中傳播的彈性脈動波，而這里的粒子也不再是牛頓微粒說中的彈性粒子，而是光子)，最終人們不得不承認(rèn)，光既有波動性又有粒子性，即光具有波粒二象性這樣一個事實．新課活動一、光是一種波，同時也是一種粒子，光具有波粒二象性．為了更好地說明光具有波粒二象性，讓我們循著前人的足跡來回顧一下有關(guān)的實驗．介紹實驗：用微弱的光照射雙縫，并使光通過雙縫到達(dá)光屏(感光膠片)，在照射時間不。太長的情況下，膠片上的點跡是隨機、散落而且是毫無規(guī)律的．這個事實說明了光是“一份一份”的粒子．1、光是粒子(光子)．對于隨機散落的光子，隨著照射時間的延長，膠片上的痕跡表現(xiàn)出光在某個區(qū)域落腳的可能性較大，而在另一些區(qū)域分布較少的規(guī)律性分布。該分布的情況恰好與用強光照射(此時可認(rèn)為光是連續(xù)的)形成干涉條紋的情況相吻合，這種規(guī)律性與波動的規(guī)律一致．所以我們說光是一種波．2、光是一種波．單個光子的隨機性與大量光子的規(guī)律性也體現(xiàn)了對事物認(rèn)識的一個重要觀點，這就是：3、分立性與連續(xù)性是相對的．光子的行為服從統(tǒng)計規(guī)律．干涉加強處表示光子到達(dá)的數(shù)目多，從統(tǒng)計的觀點來看就是光子在該處出現(xiàn)的概率大，干涉減弱處表示光子到達(dá)的數(shù)目少，也就是光子在該處出現(xiàn)的概率?。@種概率的大小服從波動規(guī)律，因此我們把光波叫做概率波．光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大小（概率）可以用波動規(guī)律來描述。引導(dǎo)學(xué)生談對概率的理解。4、光是一種概率波。從經(jīng)典物理學(xué)的角度上講，波動應(yīng)該是質(zhì)點間相互作用的結(jié)果．在這里，光子具有波動性就應(yīng)該是光子與光子作用的結(jié)果．但人們發(fā)現(xiàn)在上述雙縫實驗中，假使光很弱，弱到光子一個一個地射向膠片(這時排除了光子間有相互作用)，在照射時間足夠長時，底片上最終還是形成了干涉圖樣，這說明波動性不是由于光子間相互作用引起的，而是單個光子的固有屬性．更有趣的是，盡管讓光子一個一個地通過狹縫，如果擋住一個縫，干涉條紋不再出現(xiàn)，好像一個獨立運動的光子能“知道”另一個狹縫的存在似的．這一點似乎讓人不可思議，其實這也說明波動性恰是光子的固有特性。二、建立模型是科學(xué)研究的需要.模型的正確與否要看其能否正確反映研究對象的客觀規(guī)律．閱讀教材第49頁最后兩段．這部分內(nèi)容告訴我們，對微觀領(lǐng)域不能抱著宏觀的、固有的模式去理解，而應(yīng)建立一個全新的模型．只要該模型能正確地代表研究對象，很好地解釋其現(xiàn)象和規(guī)律，則可承認(rèn)其正確性．光的波粒二象性正是這樣一個“古怪”而被事實證明是正確的模型．小結(jié)微粒性與波動性的相互聯(lián)系與滲透。波動性與微粒性互相轉(zhuǎn)化。用概率的思想理解光波。鞏固練習(xí)1、對于光的波粒二象性的說法中，正確的是()A．一束傳播的光，有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣一種粒子，光波與機械波同樣是一種波巳光的波動性是由于光子間的相互作用而形成的D．光是一種波，同時也是一種粒子．光子說并未否定電磁說，在光子能量E=hν中，頻率，ν仍表示的是波的特性2、用功率Po=1W的光源，照射寓光源r=1m處的某塊金屬薄片．已知光源發(fā)出的波長λ=600nm的