光的粒子性
★新课标要求
（一）知识与技能
1．通过实验了解光电效应的实验规律。
2．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
3．了解康普顿效应，了解光子的动量
（二）过程与方法
经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。
（三）情感、态度与价值观
领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
★教学重点光电效应的实验规律
★教学难点爱因斯坦光电效应方程以及意义
★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。
★教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备
★课时安排 2 课时
★教学过程
（一）引入新课
提问：回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？（多媒体投影，见课件。）学生回顾、思考，并回答。
教师倾听、点评。
光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。19世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象。对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。
（二）进行新课
1．光电效应
教师：实验演示。（课件辅助讲述）
用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与
不带电的验电器相连），使验电器张角增大到约为
30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，
则验电器的指针张角会变大。
学生：认真观察实验。
教师提问：上述实验说明了什么？
学生：表明锌板在射线照射下失去电子而带正电。
概念：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫做光电子。
2．光电效应的实验规律
（1）光电效应实验
如图所示，光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电
子。
光电子在电场作用下形成光电流。
概念：遏止电压
将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向
间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压
称遏止电压。根据动能
光电流与光强的关系饱和光电
对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率νc 。
时，电子才能逸出金属表面；当入射
时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。③ 光电效应是瞬时的。从光开光电效应解释中的疑难
经典理论认为，按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。
光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频率有关。只要频率高于极限频率，即使光强很弱也有光电流；频率低于极限频率时，无论光强再大也没有光电流。光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。
为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。
4．爱因斯坦的光量子假设（1）内容光不仅在发射和吸收时以能量为h ν的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为ν 的光是由大量能量为 E =h ν的光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。
2c e v c eU
（2）爱因斯坦光电效应方程在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功W 0，另一部分变为光电子逸出后的动能 E k 。由能量守恒可得出：
W 0为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功W k 为光电子的最大初动能。（3）爱因斯坦对光电效应的解释：
①光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。
②电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，所以不需时间的累积。 ③从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系 ④从光电效应方程中，当初动能为零时，可得极限频率：h
W c 0=ν 爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。
5．光电效应理论的验证美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦光电效应方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。展示演示文稿资料：爱因斯坦和密立根
由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律，荣获1921年诺贝尔物理学奖。密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖。
点评：应用物理学家的历史资料，不仅有真实感，增强了说服力，同时也能对学生进行发放教育，有利于培养学生的科学态度和科学精神，激发学生的探索精神。
例题 （教材36页）
学生通过运算得出相应的正确结果。
点评：理论联系实际，适量的练习题可以进一步巩固和掌握所学理论知识。
6．光电效应在近代技术中的应用（1）光控
继电器可以用于自动控制，自动计数、自动报警、
自动跟踪等。
（2）光电倍增管可对微弱光线进行放大，
可使光电流放大105~108
倍，灵敏度高，用在
工程、天文、科研、军事等方面。
7．康普顿效应
（1）光的散射
光在介质中与物质微粒相互作用，因而传
W E h k +=
ν
播方向发生改变，这种现象叫做光的散射。
（2）康普顿效应1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长 和散射物质都无关。（3）康普顿散射的实验装置与规律：
按经典电磁理论：如果入射X 光是某种波长的电磁波，散射光的波长是不会改变的！
散射中出现0λλ≠的现象，称为康普顿散射。
康普顿散射曲线的特点：① 除原波长0λ外出现了移向长波方
向的新的散射波长λ
② 新波长λ随散射角的增大而增大。
波长的偏移为0λλλ-=?
波长的偏移只与散射角?有关，而与散射物质种类及入射的X
射线的波长0λ无关，)c o s 1(0?
λλλλ-=-=?c c λ = 0.0241?=2.41×10-3nm （实验值）称为电子的Compton 波长只有当入射波长0λ与c λ可比拟时，康普顿效应才显著，因此要用X 射线才能观察到康普顿散射，用可见光观察不到康普顿散射。（4）经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难①根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。②无法解释波长改变和散射角的关系。（5）光子理论对康普顿效应的解释
①若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。 ②若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论， 碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。③因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。
（6）康普顿散射实验的意义①有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设； ②首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；
③证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。
展示演示文稿资料：康普顿
康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。
康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。展示演示文稿资料：吴有训对研究康普顿效应的贡献1923年，吴有训参加了发现康普顿效应的研究工作.
1925—1926年，吴有训用银的X 射线(0λ=5.62nm) 为入射线，以15种轻重不同的元素为散射物质，在同一散射角( ?=120?)测量各种波长的散射光强度，作了大量X 射线散射实验。对证实康普顿效应作出了重要贡献。 应用物理学家的历史资料，不仅有真实感，增强了说服力，同时也能对学生进行发放教育，有利于培养学生的科学态度和科学精神，激发学生的探索精神。
说明：动量能量是描述粒子的，频率和波长则是用来描述波的
请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本
并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结
点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
（四）作业：“问题与练习”1～6题。
光的粒子性——光电效应 一、概述 本课题为普通高中物理选修（3-5）第五章波和粒子第一节，高三理科班课程，学时一课时。 学习光电效应现象及其解释理论——光电效应方程。 本课教材蕴含着十分丰富的教学内容：在知识方面，本课作为后牛顿物理两大支柱之――量子理论的入门，涉及到量子物理最基础的内容，也是经典物理学与量子物理学的重要衔接；同时本节还有着厚重的物理学科文化积淀，有物理学史、科学方法、辩证唯物主义思想、创新意识等人文精神教育的题材．教材在知识陈述上较为浅显直接，而关于这些知识的“背景”，则是相当丰满、承赋人文，为实施“科学的人文教育价值”提供了很大的空间． 二、核心素养 经历“探究光电效应的规律”过程，让学生获得探究活动的体验，体验探究自然界规律的艰辛与喜悦．陶冶崇尚科学、仰慕科学家，欣赏物理学的奇妙与和谐的情愫．学习科学家敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神，培养判断有关信息是否科学的意识． 三、教学目标 1. 了解光电效应研究史实．了解光子的概念，了解并识别光电效应现象． 2. 能表述光电效应现象的规律，会用光子说解释光电效应现象的规律． 3. 理解光电效应方程的各个物理量的含义及其对光电效应的解释． 四、学情分析 学生已经在3-5第二章学习过原子结构和氢原子光谱与能级结构，对原子微观结构有了一定的认识。知道原子的电离过程本质。高三理科班学生对原子的微观机理有一定的兴趣，但是，微观世界的抽象性会成为学生理解过程的主要障碍。急于求成、重视结论型陈述、轻视物理探究史实和逻辑推理是不少理科生学习原子物理相关理论的通病，这也是这一部分知识遗忘率高的原因。 五、教学过程 课前：登陆优教平台，发送预习任务。根据优教平台上学生反馈的预习情况，发现薄弱点，针对性教学。
光的波粒二象性 教案示例 一、教学目标 1．知识目标 （1）了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题． （2）了解波动说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题． （3）了解事物的连续性与分立性是相对的，了解光既有波动性，又有粒子性． （4）了解光是一种概率波． 2．能力目标 培养学生对问题的分析和解决能力，初步建立光与实物粒子的波粒二象性以及用概率描述粒子运动的观念． 3．情感目标 理解人类对光的本性的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程．根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说．人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识光的本性的． 二、重点、难点分析 1、这一章的内容，贯穿一条主线——人类对光的本性的认识的发展过程．结合各节内容，适当穿插物理学史材料是必要的．这种做法不但可使课堂教学主动活泼，内容丰富，还可以对学生进行唯物辩证思想教育．本节就课本内容，十分简单，学生学起来十分枯燥．课本所提到的内容，都是结论性的，加入一些史料不仅可能而且必要． 2、本节中学生初步接触量子化、二象性、概率波等概念，由于没有直接的生活经验，所以在教学中要重点让学生体会这些概念． 三、主要教学过程 光学现象是与人类的生产和日常生活密切相关的．人类在对光学现象、规律的研究的同时，也开始了对光本性的探究． 到了17世纪，人类对光的本性的认识逐渐形成了两种学说．
（一）光的微粒说 一般，人们都认为牛顿是微粒说的代表，牛顿于1675年曾提出：“光是一群难以想象的细微而迅速运动的大小不同的粒子”，这些粒子被发光体“一个接一个地发射出来”．用这样的观点，解释光的直进性、影的形成等现象是十分方便的． 在解释光的反射和折射现象时，同样十分简便．当光射到两种介质的界面时，要发生反射和折射．在解释反射现象时，只要假设光的微粒在与介质作用时，其相互作用，使微粒的速度的竖直分量方向变化，但大小不变；水平分量的大小和方向均不发生变化（因为在这一方向上没有相互作用），就可以准确地得出光在反射时，反射角等于入射角这一与实验事实吻合的结论． 说到折射，笛卡儿曾用类似的假设，成功地得出了入射角正弦与折射角正弦之比为一常数的结论．但当光从光疏介质射向光密介质时，发生的是近法线折射，即入射角大，折射角小．这时，必须假设光在光密介质的传播速度较光在光疏介质中的传播速度大才行． 一束光入射到两种介质界面时，既有反射，又有折射．何种情况发生反射，何种情况下又发生折射呢？微粒说在解释这一点时遇到了很大的困难．为此，牛顿提出了著名的“猝发理论”．他提出：“每一条光线在通过任何折射面时，便处于某种为时短暂的过渡性结构和状态之中．在光线的前进过程中，这种状态每隔相等的间隔（等时或等距）内就复发一次，并使光线在它每一次复发时，容易透过下一个折射面，而在它（相继）两次复发之间容易被这个面所反射”，“我将把任何一条光线返回到倾向于反射（的状态）称它为‘容易反射的猝发’，而把它返回到倾向于透射（的状态）称它为‘容易透射的猝发’，并且把每一次返回和下一次返回之间所经过的距离称它为‘猝发的间隔’”．如果说“猝发理论”还能解释反射和折射的话，那么，以微粒说解释两束光相遇后，为何仍能沿原方向传播这一常见的现象，微粒说则完全无能为力了． （二）光的波动说 关于光的本性，当时还存在另一种观点，即光的波动说．认为光是某种振动，以波的形式向四周围传播．其代表人物是荷兰物理学家惠更斯．他认为，光是由发光体的微小粒子的振动在弥漫于一切地方的“以太”介质中传播过程，而不是像微粒说所设想的像子弹和箭那样的运动．他指出：“假如注意到光线向各个方向以极高的速度传播，以及光线从不同的地点甚至是完全相反的地方发出时，光射线在传播中一条光线穿过另一条光线而相互毫不影响，就能完全明白这一点：当我们看到发光的物体时，决不可能是由于从它所发生的物质，像穿过空气的子弹和箭一样，通过物质迁移所引起的”．他把光比作在水面上投入石块时产生的同心圆状波纹．发光体中的每一个微粒把振动，通过“以太”这种介质向周围传播，发出一组组同心的球面波．波面上的每一点，又可以此点为中心，再向外传播子波．当然，这样的观点解释同时发生反射和折射，比微粒说的“猝发理论”方便得多，以水波为例，水波在传播时，反射与折射可以同时发生．一列水波在与另一列水波相遇时，可以毫无影响的相互通过．
《光的粒子性》教学设计 [学习目标]（一）知识与技能 1 ．通过实验了解光电效应的实验规律。 2 ．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。 3 ．了解康普顿效应，了解光子的动量 （二）过程与方法 经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。 （三）情感、态度与价值观 领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。 ★教学重点光电效应的实验规律 ★教学难点爱因斯坦光电效应方程以及意义 ★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。 ★教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备 一、光电效应现象
图1 [导学探究] 如图1所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上(弧光灯发射紫外线)． (1)用弧光灯照射锌板，看到的现象为__________________________________________， 说明___________________________________________________________ _____________． (2)在弧光灯和锌板之间插入一块普通玻璃板，再用弧光灯照射，看到的现象为___________________________________________________________ _____________， ___________________________________________________________ _____________. (3)撤去弧光灯，换用白炽灯发出的强光照射锌板，并且照射较长时间，看到的现象为___________________________________________________________
一、浅谈光的粒子性 序 人类的认识往往是在曲折中前进的，对光的认识也是如此。最初，人们对光的本质的认识有两种观点，一种认为光是一种波，而另一种观点认为光是一种粒子，即有光的粒子说和波动说两种说法并存。牛顿认为光是一种匀质硬性小球，这种观点能够较好地解释光的反射、折射及光的直线传播现象。但随着光的干涉、衍射现象的发现，使光的波动说又占了上风；而光电效应的发现，使光的粒子说又重新登上了历史的舞台。但麻烦随之而来，因为光的粒子说无法解释干涉、衍射现象，而光的波动说也无法解释光电效应。于是，有聪明人把波动性和粒子性这两种截然不同的特性揉在一起，创造出了所谓的光的波粒二象性，并且自以为对物质的认识又前进了一大步，这还不算，他们又进而推广认为一切物质都有波粒二象性，这恐怕也是没有办法的办法。就在人们为波粒二象性这种新提法而洋洋自得的时候，殊不知，却丧失了一次认识光子内部结构的极好机会。而此后，人们若要揭示光的本性，就要承受更大的压力，排除更多的干扰，做更多不必要的工作。本文将从光的干涉、衍射现象入手，全面揭示光的本性－－粒子性…… 1、光的本性――粒子性 光的本性是什么？这个问题似乎无需讨论。物理学家会告诉你，光具有波粒二象性，是一种物质波；实际上一切物体都具有波动性，只不过宏观物质的物质波较短，更多时候其表现出粒子性而已。这样
的回答不禁使人想起一个幽默： 有人问：“地球为什么是圆的？” 答曰：“因为它在转” 又问：“地球为什么在转？” 答曰：“因为它是圆的” 光是什么？━━光是一种物质波。 光为什么是物质波？━━因为它有波粒二象性。 光为什么有波粒二象性呢？━━因为它是一种物质波。 我们痛心地发现，这个简单的近乎无聊的逻辑被人滥用到了令人吃惊的程度，在当今物理学中，似乎不谈物质波、相对论就显得落伍、水平不高什么的。那么，物质波是什么东西呢？恐怕只有极少数的聪明人才知道！我从来就认为光是一种粒子。这种观点可以解释光的直线传播、反射等等现象，但是光子说的确“无法解释光的干涉、衍射现象”。长久以来，我一直在思考如何解释这个问题，而光的干涉现象、衍射现象无疑是建立光子说的最大障碍。所以要想建立光子说，必须首先突破干涉现象、衍射现象的瓶颈。如何认识光的干涉现象、衍射现象呢？我们认为需要从两个方面入手，一方面是光子内部结构问题，另一方面是引力场的问题，这两方面要统筹考虑。。牛顿的光子说仅仅把光子看作一种简单的匀质硬性小球，这实际上是对光子的内部复杂结构认识不足，我们认为，光子并不是“匀质硬性小球”，它有极其复杂的内部结构，而光的干涉现象和衍射现象实际上是我们通过引力场认识光子内部结构的极好机会。
第二节光的粒子性 一、教学目标 1．应该掌握的知识方面． (1)光电效应现象具有哪些规律． (2)人们研究光电效应现象的目的性． (3)爱因斯坦的光子说对光电效应现象的解释． 2．培养学生分析实验现象，推理和判断的能力方面． (1)观察用紫外线灯照射锌板的实验，分析现象产生的原因． (2)观察光电效应演示仪的实验过程，掌握分析现象所得到的结论． 3．结合物理学发展史使学生了解到科学理论的建立过程，渗透科学研究方法的教育． 二、重点、难点分析 1．光电效应现象的基本规律、光子说的基本思想和做好光电效应的演示实验是本节课的重点． 2．难点是(1)对光的强度的理解，(2)发生光电效应时光电流的强度为什么跟光电子的最大初动能无关，只与入射光的强度成正比． 三、教具 锌板、验电器、紫外线灯、白炽灯、丝绸、玻璃棒、光电效应演示仪． 四、主要教学过程 (一)新课的引入 光的波动理论学说虽然取得了很大的成功，但并未达到十分完美的程度．光的有些现象波动说遇到了很大的困难，请观察光电效应现象． (二)教学过程的设计 1．演示实验． 将锌板与验电器用导线连接，用细砂纸打磨锌板表面．把丝绸摩擦过的玻璃棒放在锌板附近，用紫外线灯照射锌板． 边演示边提问：紫外线灯打开前后，验电器指针有什么变化？这一现象说明了什么问题？引导学生分析并得出结论：光线照射金属表面，金属失去了电子导致验电器指针张开一角度．明确指出光电效应是光照射金属表面，使物体发射电子的现象．照射的光可以是可见光，也可以是不可见光．发射出的电子叫光电子． 说明：这个实验如果按照课本上的装置进行效果很不理想，因为紫外线照射锌板飞出电子时锌板带正电，在锌板附近形成电场又将电子吸附回去．锌板电势升到很小的值就使逸出和返回的电子达到动态平衡，很难使验电器指针明显地张开． 2．进一步研究光电效应． 以上实验改用很强的白炽灯照射，却不能发生光电效应．向学生提出问题：光电效应的发生一定是有条件的，存在着一定规律．有什么规律呢？让我们进一步研究． 向学生介绍光电效应演示仪．在黑板上画一示意图，如图所示．S为抽成真空的光电管，C 是石英窗口，光线可通过它照射到金属板K上，金属板A和K组成一对电极与外部电路相连接．光源为白炽灯，在光源和石英窗口C之间插入不同颜色的滤光片可以改变入射光的频率，光源的亮度可以通过另一套装置调节．
17.2 光的粒子性 学习目标： 1、知道光电效应及其实验规律，感受以实验为基础的科学研究方法 2、知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，感受科学家在面对科学疑难时的创新精神 3、知道康普顿效应及其意义。 重点：爱因斯坦光电效应方程及其意义 难点：光电效应及其实验规律 一、问题导学： （一）光电效应及实验规律 1.在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫做． 2.光电效应的实验规律 (1) 存在着电流 在一定的光照条件下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值，入射光越强，饱和电流越大，即，单位时间内发射的光电子数目越多． (2) 存在着电压和频率． 只有施加反向电压且达到某一值时才会使光电流为零，这一电压称为遏止电压，遏止电压的存在说明光电子具有一定的。 光电子的能量只与入射光的有关，而与入射光的无关．刚好不能发生光电效应时，入射光的频率称为频率． (3) 光电效应具有 当入射光频率超过截止频率v c 时，无论光怎样微弱，产生光电流的时间不超过10-9s，光电效应几乎是瞬时的． 3. 逸出功：电子从金属中逸出所需做功的，不同金属的逸出功． (二)爱因斯坦的光电效应方程 1．光子说：光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，这些能量子被称为，频率为v 的光的能量子为.
我的收获 我的疑问 2．光电效应方程 (1) 表达式 ． (2) 物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量是 ，这些能量一部分用于克服金属的逸出功 ，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能 ． (三)康普顿效应和光子的动量 1．光的散射：光在介质中与物质微粒的相互作用，使光的传播方向 的现象。 2. 康普顿效应：在光的散射中，除了与入射波长 0 的成分外，还有波长大于0 的成分，这个现 象称为 。康普顿的学生，中国留学生 测试了多种物质对 X 射线的散射，证实了康普顿 效应的普遍性。 3. 康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有 之外，还具有 ，深入揭示了光的性的一面． 4. 光子的动量： ． 二、合作探究 例 1．对光电效应做出合理解释的物理学家是( ) A.爱因斯坦 B.玻尔 C.查德威克 D.德布罗意 例 2. 在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如下图所示．则可判断出 ( ) A ．甲光的频率大于乙光的频率 B ．乙光的波长大于丙光的波长 C ．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率
粒子的波动性 【教学目标】 （一）知识与能力 1．了解光既具有波动性，又具有粒子性。 2．知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性。 3．知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。 （二）过程与方法 1．了解物理真知形成的历史过程。 2．了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性。 3．知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。 （三）情感、态度与价值观 1．通过学生阅读和教师介绍讲解，使学生了解科学真知的得到并非一蹴而就，需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正与修正。 2．通过相关理论的实验验证，使学生逐步形成严谨求实的科学态度。 3．通过了解电子衍射实验，使学生了解创造条件来进行有关物理实验的方法。 【教学重重点】 实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系。 【教学重难点】 实物粒子的波动性的理解。 【教学方法】 学生阅读－讨论交流－教师讲解－归纳总结 【教学器材】 课件：PP演示文稿（科学家介绍，本节知识结构）。多媒体教学设备。 【课时安排】 1 课时 【教学过程】 ◆新课导入 光一直被认为是最小的物质，虽然它是个最特殊的物质，但可以说探索光的本性也就等于探索物质的本性。历史上，整个物理学正是围绕着物质究竟是波还是粒子而展开的。 从光的直线传播、反射定律看，光很象是一种弹性良好的粒子流（用惯性、动量守恒解释）。而且，从光的折射方面考察，它和粒子之间似乎也有某种共性（譬如，网球往水中的折射，也会满足一个入射角和折射角的正弦之比为恒量的规律），因此，十七世纪，人们提出光是实物粒子流（粒子足够小、弹性足够好），持这种观点的代表是牛顿。 但是，光在传播时，也有一些用微粒说不能解释的现象，如衍射、干涉、偏振等。这些都是波动的典型特征。于是，十七世纪中叶，就已经出现了光是一种波的学说，坚持波动说
物理：17.2《科学的转折：光的粒子性》教案 三维教学目标 1、知识与技能 （1）通过实验了解光电效应的实验规律。 （2）知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。 （3）了解康普顿效应，了解光子的动量 2、过程与方法：经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。 3、情感、态度与价值观：领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。 教学重点：光电效应的实验规律 教学难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义 教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备 教学过程： 第一节科学的转折：光的粒子性 （一）引入新课 回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？ （多媒体投影，见课件。）光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。19世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象一光电效应现象。对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。 （二）进行新课 1、光电效应 实验演示1：（课件辅助讲述）用弧光灯照射擦得很亮的锌板，（注意用导线与不带电的验电器相连），使验电器张角增大到约为30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。上述实验说明了什么？（表明锌板在射线照射下失去电子而带正
电） 概念：在光（包括不可见光）的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。发射出来的电 子叫做光电子。 2,光电效应的实验规律 （1）光电效应实验 如图所示，光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出一一光电子。光电子在电场作用下形成光电流。 概念：遏止电压，将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。当K、A间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值Uc时，光电流恰为0。Uc称遏止电压。 根据动能定理，有：丄叫匕2 =eu （2）光电效应实验规律2 ①光电流与光强的关系：饱和光电流强度与入射光强度成正比。 ②截止频率V。——极限频率，对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率V。，当入射光频率V>v°时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率V〈V。时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。 ③光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电子逸出所需时间〈102。 ：光电效应伏安特性曲线
波粒二象性 波粒二象性?????? ???????????光的波粒二象性?????????????光的粒子性???????????光电效应?????????现象：光现象――→转化电现象本质：电子――→吸收光子光电子规律?????①极限频率②遏止电压③光电流强度 结论?????①光具有粒子性——光子②光具有波粒二象性能量量子假说光子说：光子能量ε＝hν光电效应方程：hν＝12m v 2max ＋W 0康普顿效应?????光子的动量：p ＝h λ理论解释光的波动性? ????光的双缝干涉光波是概率波粒子的波粒二象性?????德布罗意假说?????内容：λ＝h p 实验验证：电子衍射物质波是概率波电子云不确定性关系：Δx Δp ≥h 4π 【知识点一】光电效应的规律和爱因斯坦光电效应方程 1．光电效应的规律 (1)极限频率ν0是能使金属发生光电效应的最低频率，这也是判断能否发生光电效应的依据。若ν≤ν0，无论多强的光照射时，都不能发生光电效应。 (2)最大初动能E k ，与入射光的频率和金属的逸出功有关，与光强无关。 (3)饱和光电流与光的强度有关，光强正比于单位时间内照射到金属表面单位面积上的光子数。 2．光电子的最大初动能 光电子的最大初动能跟入射光的能量hν、金属逸出功W 0的关系为光电效应方程，表达式为12m v 2max ＝hν0－W 0，反映了光电效应现象中的能量转化和守恒定律。
【知识点二】光的波粒二象性、物质波 (1)光的干涉、衍射、偏振说明光具有波动性，光电效应现象、康普顿效应则证明光具有粒子性，因此，光具有波粒二象性，对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性出发，才能统一说明光的各种行为。 (2)在光的干涉现象中，若曝光时间不长，在底片上只出现一些不规则的点，这些点表示光子的运动跟宏观的质点不同。但曝光时间足够长时，底片上出现了有规律的干涉条纹。可见，光的波动性是大量光子表现出来的现象。 (3)在干涉条纹中，光强大的地方，光子到达的机会多，或者说光子出现的概率大。光强小的地方，光子到达的概率小。 (4)大量光子产生的效果显示出光的波动性，少数光子产生的效果显示出粒子性，且随着光的频率的增大，波动性越来越不显著，而粒子性却越来越显著。 (5)要综合理解各种频率的电磁波，就必须综合地运用波动和粒子两种观点。从发现光的波粒二象性起，才使人们认识到微观世界具有特殊的规律。 后来人们观察到电子的衍射图像，这些说明一些物质微粒也像光子一样具有波粒二象性。 (6)任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都有一种波和它对应，波长λ＝h/p，人们把这种波叫作物质波。 物质波和光波一样，也属于概率波，概率波的实质是指粒子在空间分布的概率是受波动规律支配的。 [例1](上海高考)在光电效应的实验结果中，与光的波动理论不矛盾的是() A．光电效应是瞬时发生的 B．所有金属都存在极限频率 C．光电流随着入射光增强而变大 D．入射光频率越大，光电子最大初动能越大 [解析]光具有波粒二象性，既具有波动性又具有粒子性，光电效应证实了光的粒子性。因为光子的能量是一份一份的，不能积累，所以光电效应具有瞬时性，这与光的波动性矛盾，A项错误；同理，因为光子的能量不能积累，所以只有当光子的频率大于金属的极限频率时，才会发生光电效应，B项错误；光强增大时，光子数量增多，所以光电流会增大，这与波动性无关，C项正确；一个光电子只能吸收一个光子，所以入射光的频率增大，光电子吸收的能量变大，所以最大初动能变大，D项错误。 [答案] C
光的粒子性 【教学目标】 （一）知识与技能 1．通过实验了解光电效应的实验规律。 2．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。 3．了解康普顿效应，了解光子的动量 （二）过程与方法 经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。 （三）情感、态度与价值观 领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦 【教学重难点】 1教学的重点及其教学的策略 重点：光电效应的实验规律。 教学策略：本可以实验引入，在引入阶段让学生充分讨论两个问题:一为什么在在紫外线的照射下自由电子会跑出来呢？二为什么用红光的照射锌板打不出电子？这样的引入激发了学生的兴趣，从而为学生总结光电效应规律建立了基础，在这里应注意引导学生联系实验去理解存在饱和电流、遏制电压、截止频率、效应的瞬时性，学会真切感受到经典理论的局限性和光电效应的神奇性。 2教学的难点及其教学的侧略 难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义。 教学策略：同学们根据自己已有的知识对光电效应可能发生的现象进行猜测和分析，我们发现我们的推测与试验结果大相径庭，这时候引导学生看书，让同学找出光电效应的方程，并且老师带动学生去理解光电效应方程。 【教学器材】锌板，紫外灯，验电器。 【教学过程】 ◆新课导入 提问：回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？（多媒体投影，见课件。）学生回顾、思考，并回答。 教师倾听、点评。 光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。19世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象。对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。
光的粒子性 说明：相比10年，新考试说明中删去了康普顿效应 【知识要点】 1．光电效应 概念：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射 的 现象叫做光电效应。 2．光电效应的实验规律 （1）存在遏止电压 如图所示，光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电子。 光电子在电场作用下形成光电流。 概念：遏止电压 将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍 作用。 当 K 、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一 值 U c 时，光电流恰为0。 U c 称遏止电压。根据动能定理，有 实验表明，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。光的频率改变时，遏止电压也会改变，这表明光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关。 （2） 光电流与光强的关系：饱和光电流强度与入射光强度成正比。 （3） 截止频率νc ----极限频率 对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率νc 。 当入射光频率ν>νc 时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率ν <ν c 时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。 （4）光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电子逸出所需时间<10-9s 。3． 光电效应解释中的疑难 经典理论无法解释光电效应的实验结果。经典理论认为，按 照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也 越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子逸出的能量也 应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增 大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。 光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有 22 1c e v m c eU
17.2 波粒二象性 学习目标 1．通过实验了解光电效应的实验规律。 2．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。 3．了解康普顿效应，了解光子的动量 课前预习 19世纪60年代，麦克斯韦从理论上确定了光的电磁波本质。然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象。对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。 课内探究 探究一：光电效应 用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电 器张角增大到约为 30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。 概念：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做 。发射出来的电子叫做 。 探究二：光电效应的实验规律 （1）光电效应实验 如图所示，光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出 ----光电子。 光电子在电场作用下形成光电流。 概念：遏止电压 将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将 受反向电场阻碍作用。 当 K 、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 U c 时，光电流恰为0。 U c 称遏止电压。根据动能定理，有 （2）光电效应实验规律 2 21c e v m c eU
①光电流与光强的关系饱和光电流强度与入 射光强度成正比。 ②截止频率ν c ----极限频率 对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止 频率ν c 。 当入射光频率ν>νc时，电子才能逸出金属 表面；当入射光频率ν <νc时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。 ③光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电子逸出所需时间<10-9s。 探究三：光电效应解释中的疑难 经典理论无法解释光电效应的实验结果。经典理论认为，按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大。 光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频率有关。只要频率高于极限频率，即使光强很弱也有光电流；频率低于极限频率时，无论光强再大也没有光电流。 光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。 探究四：爱因斯坦的光量子假设 （1）内容：光不仅在发射和吸收时以能量为hν的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为ν的光是由大量能量为E =hν的光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速c 运动。 （2）爱因斯坦光电效应方程在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功W0，另一部分变为光电子逸出后的动能E k 。由能量守恒可得出： W 0为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功W k 为光电子的最大初动能。 W E h k + = ν
第一课
光的传播
（一）教学目标 科学知识 1.了解光的直线传播现象。2. 知道小孔成像与光的直线传播有关。3. 动手制作简易 “照相机” 。b5E2RGbCAP 能力培养 1.培养学生观察、分析问题的能力。2. 培养学生实验操作、动手制作的能力。3. 运用 互联网查找资料。p1EanqFDPw 情感态度价值观 1.认识到科学是不断发展的。2. 乐于用学到的科学知识解决问题。 （二）设计意图： 1.光是一种常见的自然现象，本课主要以学生身边的事例：太阳透过密林射入的情景，引发学 生对“光是如何传播”进行讨论，通过观察、实验，引导学生了解光的直线传播现象，知道小 孔成像与光的直线传播有关。DXDiTa9E3d 2.本课主要是组织学生通过几个简单的动手实验，通过交流研讨的方式，让学生在实验操作、 动手制作的过程中了解光直线传播的现象。培养学生观察、分析、动手的能力。RTCrpUDGiT 3.本课以一个“光是如何传播”的研讨活动引入主题。因此，除了创设情景吸引学生学习的兴 趣外，重点是指导学生动手实验，引导他们分析、讨论，找出光直线传播的特点，以及知道小 孔成像的原理。5PCzVD7HxA （三）教学流程： 提出问题——动手实验——交流讨论——得出结论——迁移应用。 （四）重点难点： 以“光是如何传播”的研讨活动引入主题。培养学生观察、动手、分析、讨论的能力，找出光 是直线传播的特点，以及知道小也成像的原理。jLBHrnAILg （五）教学准备： 1.任务驱动页图片、视频；塑料水管、吸管； “光线打靶”的演示及分组材料； “小孔成像” 演 示的分组材料；照相机的内部结构图片；自制简易“照相机”的材料等。xHAQX74J0X （六）课时安排：2 课时。 （七）教学过程： 一、问题情景 1.活动指引 通过一幅阳光透过树林照射到地上的情景，以及主题人物的对话，引起学生之间对“阳光是如 何传播”的问题，开展有关的讨论，提出了自己的看法和思考：光是怎样传播的呢？用什么方 法可以研究光的传播呢？通过一系列的问题，激发学生探究问题的兴趣。LDAYtRyKfE 2．导入 出示小朋友在树林间玩耍的图片。 3．提问 孩子们在树林间玩耍，发现叶子缝隙间射下来的一缕缕阳光，他们产生了这样的疑问：缕缕阳 光像一条条线，阳光是直直地照过来的吗？Zzz6ZB2Ltk 4．目的
普通高中课程标准实验教科书—物理（选修3－5）[人教版] 高中物理17．2 科学的转折：光的粒子性教学设计 新课标要求 1．内容标准 （1）了解微观世界中的量子化现象。比较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们对于物质世界的认识。 （2）通过实验了解光电效应。知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。 （3）了解康普顿效应。 （4）根据实验说明光的波粒二象性。知道光是一种概率波。 （5）知道实物粒子具有波动性。知道电子云。初步了解不确定性关系。 （6）通过典型事例了解人类直接经验的局限性。体会人类对世界的探究是不断深入的。 例 1 通过电子衍射实验，初步了解微观粒子的波粒二象性，体会人类对于物质世界认识的不断深入。 2．活动建议 阅读有关微观世界的科普读物，写出读书体会。 新课程学习 17．2 科学的转折：光的粒子性 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．通过实验了解光电效应的实验规律。 2．知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。 3．了解康普顿效应，了解光子的动量 （二）过程与方法 经历科学探究过程，认识科学探究的意义，尝试应用科学探究的方法研究物理问题，验证物理规律。 （三）情感、态度与价值观 领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。 ★教学重点 光电效应的实验规律 ★教学难点
爱因斯坦光电效应方程以及意义 ★教学方法 教师启发、引导，学生讨论、交流。 ★教学用具： 投影片，多媒体辅助教学设备 ★课时安排 2 课时 ★教学过程 （一）引入新课 提问：回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？（多媒体投影，见课件。） 学生回顾、思考，并回答。 教师倾听、点评。 光的干涉、衍射现象说明光是电磁波，光的偏振现象进一步说明光还是横波。19世纪60年代，麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。然而，出人意料的是，正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候，又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象。对这一现象及其他相关问题的研究，使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。 （二）进行新课 1．光电效应 教师：实验演示。（课件辅助讲述） 用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电 器张角增大到约为 30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。 学生：认真观察实验。 教师提问：上述实验说明了什么？ 学生：表明锌板在射线照射下失去电子而带正电。 概念：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫做光电子。 2．光电效应的实验规律 （1）光电效应实验 如图所示，光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出----光电子。 光电子在电场作用下形成光电流。 概念：遏止电压 将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。 当 K 、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 U c 时，光电流恰为0。 U c 称遏止电压。根据动能定理，有 （2）光电效应实验规律① 光电流与光强的关系饱和光电流强度与入射光强度成正比。 22 1c e v m c eU
普通高中课程标准实验教科书—物理（选修3－5） 新课标要求 1．内容标准 （1）了解微观世界中的量子化现象。比较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们对于物质世界的认识。 （2）通过实验了解光电效应。知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。 （3）了解康普顿效应。 （4）根据实验说明光的波粒二象性。知道光是一种概率波。 （5）知道实物粒子具有波动性。知道电子云。初步了解不确定性关系。 （6）通过典型事例了解人类直接经验的局限性。体会人类对世界的探究是不断深入的。 例 1 通过电子衍射实验，初步了解微观粒子的波粒二象性，体会人类对于物质世界认识的不断深入。 2．活动建议 阅读有关微观世界的科普读物，写出读书体会。 新课程学习 17.4 概率波 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题． 2．了解波动说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题． 3．了解事物的连续性与分立性是相对的，了解光既有波动性，又有粒子性． 4．了解光是一种概率波． （二）过程与方法 1．领悟什么是概率波 2．了解物理学中物理模型的特点初步掌握科学抽象这种研究方法 3．通过数形结合的学习，认识数学工具在物理科学中的作用 （三）情感、态度与价值观 理解人类对光的本性的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程．根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的
学说．人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识光的本性的．★教学重点 人类对光的本性的认识的发展过程． ★教学难点 对量子化、波粒二象性、概率波等概念的理解 ★教学方法 “创设情景，提出问题——观察思考，自主探索——讨论交流，总结归纳”为教学结构，采用“交流——互动” ★教学用具： 课件：PP演示文稿（科学家介绍，本节知识结构）。多媒体教学设备。 ★课时安排 1 课时 ★教学过程 （一）引入新课 课件播放：康普顿散射实验 讲述：康普顿效应是γ射线或X 射线打在物质上，与物质中原子的核外电子发生相互作用，作用后产生散射光子和反冲电子的效应。 学生：观看课件，同时思考讨论该实验反映了光的什么性，思考光是粒子还是波？ 结论：康普顿效应进一步证实了光的粒子性。是验证光的波粒二象性的重要物理实验之一。 点评：创设新奇的教学情景引入新课，激发学生的认知和学习兴趣，培养他们对新的科学知识的了解和探究精神。 课件播放：光的衍射 讲述：光在传播中遇到障碍物会“绕行” 结论：光具有波动性 学生回忆：发生明显衍射现象的条件，分析讨论在平常不容易观察到明显衍射现象的原因，以及采用怎样的措施能够较为方便的观察到明显衍射现象？ 点评：适时的反思小结为不仅有利于知识的联系和巩固，更有利于学生良好学习习惯的形成。 教师：在经典的物理学中，波和粒子是两种不同的研究对象，具有非常不同的表现。那么对于光和电子、质子等粒子，这两种互不相容的属性又能“集于一身”呢？ （二）进行新课 1、光的波粒二象性 17世纪的微粒说和波动说是两种对立的学说，都受到传统观念的影响，因为传统观念认为在宏观现象中波动性和粒子性是对立的。微观世界的某些属性与宏观世界不同，光子说没有否定波动性和光的电磁说，光子的能量与频率有关，频率是波的特征。
物理总复习：光的粒子性 编稿：xx 审稿：xx 【考纲要求】 1、理解光子说及其对光电效应的解释 2、理解爱因斯坦光电效应方程并会用来解决简单问题 3、了解光既具有波动性，又具有粒子性 4、了解光是一种概率波。 【考点梳理】 考点一、黑体与黑体辐射 要点诠释： 1、热辐射 固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。 2、黑体与黑体辐射 能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体称为绝对黑体，简称黑体。 不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。如果 在一个空腔壁上开一个很小的孔，如图所示，那么射入小孔的电 磁波在空腔内表面发生多次反射和吸收，最终不能从空腔射出， 这个小孔就成为了一个绝对黑体。 对图中的空腔加热，空腔内的温度升高，小孔就成了不同温 度下的导体，从小孔向外的辐射就是黑体辐射。 研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。实 验表明黑体辐射强度按波长的分布只与黑体的温度有关。 利用分光技术和热电偶等设备就能测出它所辐射的电磁波强度按波长的分布情况。如下图画出了四种温度下黑体热辐射的强度与波长的关系： 从中可以看出，随着温度的升高，一方面各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 3、能量子 辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。 但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε, 1ε, 2ε, 3ε, ... nε. n为正整数，称为量子数。
《粒子的波动性》教案 (一)知识与技能 1．了解光既具有波动性，又具有粒子性。 2．知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性。 3．知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。 (二)过程与方法 1．了解物理真知形成的历史过程。 2．了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性。 3．知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。 (三)情感、态度与价值观 1．通过学生阅读和教师介绍讲解，使学生了解科学真知的得到并非一蹴而就，需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正与修正。 2．通过相关理论的实验验证，使学生逐步形成严谨求实的科学态度。 3．通过了解电子衍射实验，使学生了解创造条件来进行有关物理实验的方法。 ★教学重点 实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系。 ★教学难点实物粒子的波动性的理解。 ★教学方法学生阅读－讨论交流－教师讲解－归纳总结 ★教学用具： 课件：PP演示文稿(科学家介绍，本节知识结构)。多媒体教学设备。 ★课时安排 1 课时 ★教学过程 (一)引入新课 提问：前面我们学习了有关光的一些特性和相应的事实表现，那么我们究竟怎样来认识光的本质和把握其特性呢？请同时举出相应的事实基础。 学生阅读课本、思考后回答：光是一种物质，它既具有粒子性，又具有波动性。在不同条件下表现出不同特性。(分别举出有关光的干涉衍射和光电效应等实验事实)。 点评：让学生阅读课本内容结合前面所学知识进行归纳总结，形成正确观点。 教师：原来我们不能片面地认识事物，能举出本学科或其他学科或生活中类似的事或物吗？ 学生举例说明：例如哲学中对事物的辨正观点等。 点评：培养学生对事物或规律的全面把握，并与与其他学科进行横向渗透联系。 (二)进行新课
2.3 光是波还是粒子 一、教学目标 1、知识与技能 （1）使学生初步认识和理解光的波粒二象性， （2）了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题． （3）了解波动说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题 2、过程与方法 (1)并了解人类的认识进入微观世界的途径和方法 (2)光学现象是与人类的生产和日常生活密切相关的．人类在对光学现象、规律的研究的同时，也开始了对光本性的探究． 3、态度、情感、价值观 人类对光的本性的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程．根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说．人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识光的本性的． 培养学生对问题的分析理解能力，分析微观粒子运动与宏观质点运动时需要掌握的思想方法，尤其是不确定理论思想的建立。 二、教学重点与难点分析： 这一章的内容，贯穿一条主线——人类对光的本性的认识的发展过程．结合各节内容，适当穿插物理学史材料是必要的．这种做法不但可使课堂教学主动活泼，内容丰富，还可以对学生进行唯物辩证思想教育．本节就课本内容，十分简单，学生学起来十分枯燥．课本所提到的内容，都是结论性的，加入一些史料不仅可能而且必要． 三、教学过程： 例1、下列实验中，能证明光具有粒子性的是( ) A.光电效应实验 B.光的双缝干涉实验 C.光的圆孔衍射实验 D.α粒子散射实验
1、列别捷夫光压实验说明了什么？光不仅具有能量，而且还有动量，光是物质的一种形式 光子的能量： E=hr=hc/λ 光子的动量 P=hr/c=h/λ 2、如何理解波粒二象性中的波动性？微观粒子的运动与宏观质点不同，没有一定的轨迹。我们只能用它在某处出现的几率大小来描述其运动的不确定性。这种不确定性越强其波动性就越强，我们就说其“波长” 就越长。所以光的波动性表明光是一种概率波。其次，我们从下面实验中得到理解。 双缝干涉实验，在像屏处放置照相底片，并设法减弱光流强度。使光子一个一个地通过狭缝。 （1）曝光时间不太长，底片上只出现一些无规则分布的点子 点子、表现出粒子性，点子分布的无规则，表明光子没有一定的轨道（即不遵守牛顿动定律） （2）曝光时间足够长（或强光短时间曝光），底片上出现规则的干涉条纹。 大量光子表现出波动性，光波强度大的地方——光子到达机会多的地方——光子到达几率大的地方 从这个意义上，我们可以把光的波动性看用是大量光子运动规律——一种几率波 结论：大量光子产生的效果往往显示波动性 个别光子产生的效果往往显示粒子性 从各种频率电磁波的探测来理解低频率光子容易显示波动性高频率光子容易显示粒子性 总之：我们要理解各种频率的电磁波，就必须综合运用波动观点和粒子的观点，这是由于波动性与粒子性是光所具有的不可分割的属性，即波粒二象性。从此我们已开始接触到微观世界具有的特殊规律。 3、如何从德布罗意公式理解：运动着的微观粒子都具有显著的波粒二象性？由于微观粒子的质量很小，所以波长相对宏观物体就大的多。他们相对易发生衍射现象。具有显著的波粒二相性。E 、P 是粒子的特征而r 、λ是波的特征 又如：光子说所阐述的光子的动量P=hr/c=E/c ；电磁说所阐述的辐射能具有的动量P=E/C 两学说一致的，可见，对于宏观物体来说不可想象的波粒二象性， 在微观领域里却