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选修3-5 教案 第十七章 波粒二象性

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第十七章 波粒二象性

17．1 能量量子化：物理学的新纪元

★新课标要求

（一）知识与技能

1．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射

2．了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系

3．了解能量子的概念

（二）过程与方法

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。

（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：能量子的概念

★教学难点：黑体辐射的实验规律

★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：1 课时

★教学过程

（一）引入新课

教师：介绍能量量子化发现的背景：（多媒体投影）

19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。

1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，著名物理学家开尔文作了展望新世纪的发言：“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”

也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！ 但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----”

这两朵乌云是指什么呢？

一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。

然而， 事隔不到一年（1900年底），就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着（1905年）从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路， 柳暗花明又一村”。

点出课题：我们这节课就来体验物理学新纪元的到来――能量量子化的发现

（二）进行新课

1．黑体与黑体辐射

教师：在了解什么是黑体与黑体辐射之前，请同学们先阅读教材，了解一下什么是热辐射。

学生：阅读教材关于热辐射的描述。

教师：通过课件展示，加深学生对热辐射的理解。使学生进一步了解热辐射的特点，为黑体概念的提出准备知识。

（1）热辐射现象

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。

所辐射电磁波的特征与温度有关。

例如：给铁块不断加热，温度升高颜色也从看不出发光到暗红到橙色到黄白色。这个现象从能量转化的角度来认识，是热能转化为电磁能的过程。

（2）黑体

教师：除了热辐射之外，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。不同的物体吸收和反射电磁波的能力是不一样的。

概念：能全部吸收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。

教师：课件展示黑体模型。

将不透明的材料制成带小孔的的空腔，可近似看作黑体。

研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。

【例1】 下列叙述正确的是 ( )

A．一切物体都在辐射电磁波 B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关

C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关

D．黑体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波

【例2 】 炼钢工人通过观察炼钢炉内的颜色，就可以估计出炉内的温度，这是根据什么道理?

2．黑体辐射的实验规律

教师：引导学生阅读教材“黑体辐射的实验规律”，接合课本29页1-2图讲解黑体辐射的实验规律。

黑体热辐射的强度与波长的关系：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。

教师：提出问题，设置疑问。怎样解释黑体辐射的实验规律呢？

在新的理论诞生之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释。德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。结果导致理论与实验规律不符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。

可以展示：瑞利--金斯线。

3．能量子：超越牛顿的发现

教师：利用已有的理论解释黑体辐射的规律，导致了荒谬的结果。必然会促使人们去发现新的理论。这就是能量子概念。

1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：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。

对于频率为ν的谐振子最小能量为ε=hν

这个最小能量值，就叫做能量子。

h是一个常量，也被称为普朗克常数，数值为h=6.626×10-34J·S

【例3】 对应于3．4×l0—l9J的能量子，其电磁辐射的频率和波长各是多少?它是什么颜色?

教师：普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观念深感不安，只是在经过十多年的努力证明任何复归于经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信h的引入确实反映了新理论的本质。

1918年普朗克荣获了诺贝尔物理学奖。

而死后他的墓碑上只刻着他的姓名和h=6.626×10-34J·S

黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，紫外灾难的疑点找到了，为人类解决了一大难题。使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误之争就此平息了吗？

没有。

物理难题：1888年，霍瓦(Hallwachs)发现一个带负电的金属板被紫外光照射会放电。近10年以后，1897年，汤姆孙发现了电子 ，此时，人们认识到那就是从金属表面射出的电子，后来，这些电子被称作光电子(photoelectron)，相应的效应叫做光电效应。人们本着对光的完美理论（光的波动性、电磁理论）进行解释会出现什么结果？明天，我们就继续学习“科学的转折：光的粒子性”

（三）课堂小结

教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。

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、2、3题

★教学体会

思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。

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 Uc 时，光电流恰为0。 Uc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。

② 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

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。 221cevmceU

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高三物理选修3-5-2_波粒二象性、原子结构和原子核复习名校试题汇编

高三物理选修3-5-2_波粒二象性、原子结构和原子核复习名校试题汇编

2012届高三物理一轮复习名校试题汇编

选修3-5-2 波粒二象性、原子结构、原子核

1．（北京市朝阳区2012届高三上学期期中统考）质能方程E=mc2揭示了物体的能量和质量之间存在着密切的确定关系，提出这一方程的科学家是 （ ）

A．牛顿 B．爱因斯坦 C．卢瑟福 D．法拉第

2．（北京市朝阳区2012届高三上学期期中统考）能揭示原子具有核式结构的实验是（ ）

A．光电效应实验 B．伦琴射线的发现

C．α粒子散射实验 D．氢原子光谱的发现

3．（北京市朝阳区2012届高三上学期期中统考）下列实验现象中，哪一个实验现象的解释使得光的波动说遇到了巨大的困难（ ）

A．光的干涉 B．光的衍射 C．多普勒效应 D．光电效应

4．（北京市朝阳区2012届高三上学期期中统考）下列核反应方程中属于β衰变的是（ ）

A．235114489192056360U+nBaKr+3n B．131131053541IXee

C．4141712781He+NOH D．238234492902UTh+He

5．（北京市朝阳区2012届高三上学期期中统考）在贝克勒尔发现天然放射现象后，人们对放射线的性质进行了深入的研究，发现α、β、γ射线的穿透本领不同。下图为这三种射线穿透能力的比较，图中射线①②③分别是（ ）

A．γ、β、α B．β、γ、α C．α、β、γ D．γ、α、β

6．（北京市朝阳区2012届高三上学期期中统考）氢原子的能级如图所示，现让一束单色①

②

③

黑纸 铝板 铅板 光照射大量处于基态的氢原子，氢原子只发出三种不同频率的色光。照射光光子的能量是（ ）

物理：新人教版选修3-5 17.4概率波(教案)

物理：新人教版选修3-5 17.4概率波(教案)

第十七章 波粒二象性

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

【选修3-5】波粒二象性限时测试题

【选修3-5】波粒二象性限时测试题

一、选择题(共10小题，每小题4分，共40分，在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项符合题目要求，有些小题有多个选项符合题目要求，全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不答的得0分)

1．(2010·上海市松江二中高二检测)下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是

( )

A．有的光是波，有的光是粒子

B．光子与电子是同样的一种粒子

C．光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著

D．大量光子产生的效果往往显示粒子性

答案：C

2．在做双缝干涉实验时，在观察屏的某处是亮纹，则对光子到达观察屏的位置，下列说法正确的是( )

A．到达亮条纹处的概率比到达暗条纹处的概率大

B．到达暗条纹处的概率比到达亮条纹处的概率大

C．该光子可能到达观察屏的任意位置

D．以上说法均不正确

答案：AC

解析：亮条纹说明光子落在该处概率大，但不是100%.

3．对光的认识，以下说法正确的是( )

A．个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性

B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的

C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时， 就不具有波动性了

D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显．

答案：ABD

解析：个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，因为波动性表现为粒子分布概率，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的行为呈现出波动规律，故正确选项有A、B、D.

4．如图所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是( )

A．入射光太弱 B．入射光波长太长

C．光照时间太短 D．电源正负极接反

答案：BD

解析：光电管电路中形成电流的条件：一是阴极在光的照射下有光电子逸出，二是逸出的光电子应能在电路中定向移动到达阳极，其中有无光电子逸出决定于入射光的频率是否高于阴极材料的极限频率，与入射光的强弱、照射时间长短无关；光电子能否到达阳极，应由光电子的初动能大小和光电管两极间所加电压的正负和大小共同决定．一旦电源正负极接反，即使具有最大初动能的光电子也不一定能到达阳极，即使发生了光电效应现象，电路中也不一定能形成光电流，故该题的正确答案是B和D.

【物理学史】5原子物理、波粒二象性(量子初步)(选修3-5)

【物理学史】5原子物理、波粒二象性(量子初步)(选修3-5)

学无捷径，但有方法；任何事情的成功，都有一定的方法可循！——坤哥物理

- 1 - 【物理学史】5原子物理、波粒二象性（量子初步）（选修3-5） 《波粒二象性（量子初步）》 1、1900年，德国物理学家普朗克为解释物体热辐射规律提出：电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的，把物理学带进了量子世界；受其启发1905年爱因斯坦提出光子说，成功地解释了光电效应规律，因此获得诺贝尔物理奖。 2、1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时——康普顿效应，证实了光的粒子性。（说明动量守恒定律和能量守恒定律同时适用于微观粒子） 3、1913年，丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说，成功地解释和预言了氢原子的辐射电磁波谱，为量子力学的发展奠定了基础。 4、1924年，法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现出波动性； 5、1927年美、英两国物理学家得到了电子束在金属晶体上的衍射图案。电子显微镜与光学显微镜相比，衍射现象影响小很多，大大地提高了分辨能力，质子显微镜的分辨本能更高。 《原子物理学》 1、1858年，德国科学家普里克发现了一种奇妙的射线——阴极射线（高速运动的电子流）。 2、1906年，英国物理学家汤姆生发现电子，获得诺贝尔物理学奖。 3、1913年，美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量，获得诺贝尔奖。 4、1897年，汤姆生利用阴极射线管发现了电子，说明原子可分，有复杂内部结构，并提出原子的枣糕模型。 5、1909－1911年，英国物理学家卢瑟福和助手们进行了α粒子散射实验，并提出了原子的核式结构模型。由实验结果估计原子核直径数量级为10 -15m。 6、1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，并发现了质子。预言原子核内还有另一种粒子，被其学生查德威克于1932年在α粒子轰击铍核时发现，由此人们认识到原子核由质子和中子组成。 7、1885年，瑞士的中学数学教师巴耳末总结了氢原子光谱的波长规律——巴耳末系。 8、1913年，丹麦物理学家波尔最先得出氢原子能级表达式； 9、1896年，法国物理学家贝克勒尔发现天然放射现象，说明原子核有复杂的内部结构。 天然放射现象：有两种衰变（α、β），三种射线（α、β、γ），其中γ射线是衰变后新核处于激发态，向低能级跃迁时辐射出的。衰变快慢与原子所处的物理和化学状态无关。 10、1896年，在贝克勒尔的建议下，玛丽-居里夫妇发现了两种放射性更强的新元素——钋（Po）镭（Ra）。 11、1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，发现了质子， 并预言原子核内还有另一种粒子——中子。 12、1932年，卢瑟福学生查德威克于在α粒子轰击铍核时发现中子，获得诺贝尔物理奖。 13、1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，发现了正电子和人工放射性同位素。 14、1939年12月，德国物理学家哈恩和助手斯特拉斯曼用中子轰击铀核时，铀核发生裂变。63、1942年，在费米、西拉德等人领导下，美国建成第一个裂变反应堆（由浓缩铀棒、控制棒、减速剂、水泥防护层等组成）。 15、1952年美国爆炸了世界上第一颗氢弹（聚变反应、热核反应）。人工控制核聚变的一个可能途径是：利用强激光产生的高压照射小颗粒核燃料。 16、1932年发现了正电子，1964年提出夸克模型； 粒子分三大类：媒介子－传递各种相互作用的粒子，如：光子； 轻子－不参与强相互作用的粒子，如：电子、中微子； 强子－参与强相互作用的粒子，如：重子（质子、中子、超子）和介子，强子由更基本的粒子夸克组成，夸克带电量可能为元电荷的13或23。 学无捷径，但有方法；任何事情的成功，都有一定的方法可循！——坤哥物理