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1、课题16.1 实验：探究碰撞中的不变量课 型新授课课 时1教学通过这节课的学习，让学生掌握科学探究的思维方法，从最简单的关系开目标始寻找，利用身边的资源及已学过的原理，来完成该实验的探究过程。一、重点教 学重 点难 点本节课的重点在于如何让学生掌握科学探究的方法。如何真正实现探究的过程。二、难点本节课的难点在于，如何启发学生利用身边的一切可利用资源，来自行设计可行性较强的实验方案。教 学准 备多媒体一、新课引入教碰撞是自然界中常见的现象。比如，两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞相连，台球由于两球的碰撞而改变运动状态。两个迎面而来的人相撞后会相仰而倒，学或者各自后退。在微观粒子之间，更是由于相互碰撞而
2、改变能量，甚至由于撞击而使得一种粒子转化为其他粒子。过二、新课教学程由很多例子可知，两个物体碰撞前后的速度都会发生变化，物体的质量不同时速度变化也不一样。那么，碰撞前后会不会有什么物理量保持不变？这节课主要介绍研究这个问题的实验。（一）实验的基本思路研究最简单的情况两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。这种碰撞叫做一维碰撞。思考一下，在一维碰撞的情况下，与物体有关的物理量有哪些？（学生答：质 量 m,速 度 v）为什么与质量m 有关？（学生答：相互作用力下，质量越大的物体速度改变越慢）设两物体质量分别为mi、m 2,碰撞前速度分别为vi、v2,碰撞后速度分别为耳、v；o 速度为
3、矢量，因而需规定正方向。问题是：物体的质量和速度在碰撞前后有什么不变的关系？质量必定是不变的，但质量只是惯性的量度，无法描述物体的运动状态。而速度却是在碰撞前后改变的，那么，可否有一个物理量为质量与速度的某种关系，却又恰好能在碰撞前后保持不变呢？可能关系：1 2 1 2 1 ,2 1 ,2 2加1匕 +2V2=2 m 1 匕-+-m2v2一这个关系不可能。碰撞前后能量必有损失，只是多少的问题。而我们要寻找的物理量是在任何一种碰撞中都不变的量。，勺4 +m2v2=mv+m2v2m、v组成的关系有很多种可能，因而需要通过实验来寻找。（二）学生阅读课本参考案例一、二、三，思考并回答以下问题。1、要完
4、成这个实验，首要必须考虑的问题是什么？案例中如何实现这一条件？（首要必须保证碰撞是一维的，即必须保证两物体在碰撞前后均沿同一直线运动。可采用气垫导轨、光滑平板等）2、该实验必须测量什么物理量？（物体的质量m、物体碰撞前后的速度v）3、如何测量这些物理量？（质量的测量：天平、弹簧秤等速度的测量：光电计时装置、打点计时器等）4、物体的质量是否一定得测量出来？（不一定。可以使用多个完全一样的物体，组成质量比确定的关系即可）5、除了案例介绍的方法，还有什么方法可以测量速度？（粗略测量时，可以采用刻度尺测量位移、秒表测量时间来求出速度等）6、记录数据的表格如何设计？（三）要求学生再次研究课本介绍的案例，
5、思考归纳课本案例中的优点与缺点？（包括可操作性以及误差来源）（四）要求学生自行设计可行性的实验方案（例如：利用平抛运动原理，利用斜面等）（五）补充说明：实验中还需注意两点：1、碰撞不单止两个物体相碰，原来连在一起的两个物体，由于具有相互排斥的力而分开，也是一种碰撞。例如：用细线将弹簧片拉成弓形，连接两个物体，在某一时刻将细线烧断，两物体运动；炮弹爆炸成速度不同的碎片等。2、碰撞时难免有能量损失，只有当某个物理量在能量损失较大和损失较小的碰撞中都不变，则才是我们寻找的不变量。能量损失较小：即使得碰撞接近弹性碰撞，可在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架能量损失较大：可在滑块的碰撞端面贴胶布，可增大。或
6、者在两个滑块端分别装上撞针和橡皮泥等。（六）布置课后自行阅读学生实验手册实验，下节课进行学生实验。作 业布 置课 本 P6 问题与练习2课堂总结碰撞前后会不会有什么物理量保持不变课题16.2动量守恒定律（一）课 型新授课课 时1教学目标（一）知识与技能理解动量守恒定律的确切含义和表达式，知道定律的适用条件和适用范围（二）过程与方法在理解动量守恒定律的确切含义的基础上正确区分内力和外力（三）情感、态度与价值观培养逻辑思维能力，会应用动量守恒定律分析计算有关问题教 学重 点难 点教学重点动量的概念和动量守恒定律教学难点动量的变化和动量守恒的条件.教 学准 备投影片，多媒体辅助教学设备教学过程（一）
7、引入新课上节课的探究使我们看到，不论哪一种形式的碰撞，碰撞前后阳）的矢量和保持不变，因此加，很可能具有特别的物理意义。（二）进行新课1.动 量（momentum）及其变化（1）动量的定义：物体的质量与速度的乘积，称为（物体的）动量。记为p=mv.单位：kg-m/s读作“千克米每秒”。理解要点：状态量：动量包含了“参与运动的物质”与“运动速度”两方面的信息，反映了由这两方面共同决定的物体的运动状态，具有瞬时性。师：大家知道，速度也是个状态量，但它是个运动学概念，只反映运动的快慢和方向，而运动，归根结底是物质的运动，没有了物质便没有运动.显然地，动量包含了“参与运动的物质”和“运动速度”两方面的信
8、息，更能从本质上揭示物体的运动状态，是一个动力学概念.矢量性：动量的方向与速度方向一致。师：综上所述：我们用动量来描述运动物体所能产生的机械效果强弱以及这个效果发生的方向，动量的大小等于质量和速度的乘积，动量的方向与速度方向一致。(2)动量的变化量：定义：若运动物体在某一过程的始、末动量分别为，和“，则称：=-P为物体在该过程中的动量变化。强调指出：动量变化是矢量。方 向 与 速 度 变 化 量 相 同。一维情况下：kp=mku=mi)2-m m 矢量差【例 1 (投影)】一个质量是0.1kg的钢球，以 6m/s的速度水平向右运动，碰到一个坚硬的障碍物后被弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平
9、向左运动，碰撞前后钢球的动量有没有变化？变化了多少？【学生讨论，自己完成。老师重点引导学生分析题意，分析物理情景，规范答题过程，详细过程见教材，解答略】2.系 统 内 力 和 外 力【学生阅读讨论，什么是系统？什么是内力和外力？】(1)系统：相互作用的物体组成系统。(2)内力：系统内物体相互间的作用力(3)外力：外物对系统内物体的作用力K教师对上述概念给予足够的解释，引发学生思考和讨论，加强理解R分析上节课两球碰撞得出的结论的条件：两球碰撞时除了它们相互间的作用力（系统的内力）夕 卜，还受到各自的重力和支持力的作用，使它们彼此平衡。气垫导轨与两滑块间的摩擦可以不计，所以说m和侬系统不受外力，或
10、说它们所受的合外力为零。3.动量守恒定律（law of conservation of momentum）（1）内容：一个系统不受外力或者所受外力的和为零，这个系统的总动量保持不变。这个结论叫做动量守恒定律。公式：mv+m2 i）2=（2）注意点：研究对象：几个相互作用的物体组成的系统（如：碰撞）。矢量性：以上表达式是矢量表达式，列式前应先规定正方向；同 一 性（即所用速度都是相对同一参考系、同一时刻而言的）条件：系统不受外力，或受合外力为0。要正确区分内力和外力；当尸内 E外时，系统动量可视为守恒；思考与讨论：如图所示，子弹打进与固定于墙壁的弹簧相7 B,A p-1连的木块，此系统从子弹开始
11、入射木块到弹簧压啰炒吵盟.缩到最短的过程中，子弹与木块作为一个系统动量是否守恒？说明理由。分析：此题重在引导学生针对不同的对象（系统），对应不同的过程中，受力情况不同，总动量可能变化，可能守恒。K通过此题，让学生明白：在学习物理的过程中，重要的一项基本功是正确恰当地选取研究对象、研究过程，根据实际情况选用对应的物理规律，不能生搬硬套。1【例 2 (投影)】质量为3 0 k g 的小孩以8 m/s 的水平速度跳上一辆静止在水平轨道上的平板车，已知平板车的质量为9 0 k g,求小孩跳上车后他们共同的速度。解：取小孩和平板车作为系统，由于整个系统所受合外为为零，所以系统动量守恒。规定小孩初速度方向
12、为正，则：相互作用前：v i=8 m/s,V 2=0,设小孩跳上车后他们共同的速度速度为由动量守恒定律得m i v i=(m i+m 2)vrI T V解得 v-=2 m/s,m1+机 2数值大于零，表明速度方向与所取正方向一致。作 业布 置“问题与练习“2、3、4 题课堂总结教师活动：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。教 学课题16.3动量守恒定律（二）课 型新授课课 时1（一）知识与技能掌握运用动量守恒定
13、律的一般步骤（二）过程与方法教学知道运用动量守恒定律解决问题应注意的问题，并知道运用动量守恒定目标律解决有关问题的优点。（三）情感、态度与价值观学会用动量守恒定律分析解决碰撞、爆炸等物体相互作用的问题，培养思维能力。教学重点教 学运用动量守恒定律的一般步骤重 点教学难点难 点动量守恒定律的应用投影片，多媒体辅助教学设备准备教学过程（一）引入新课1.动量守恒定律的内容是什么？2.分析动量守恒定律成立条件有哪些？答：F合=0 （严格条件）F内远大于F外（近似条件）某方向上合力为0,在这个方向上成立。（二）进行新课1.动量守恒定律与牛顿运动定律师：给出问题（投影教材1 1 页第二段）学生：用牛顿定律
14、自己推导出动量守恒定律的表达式。（教师巡回指导，及时点拨、提示）推导过程：根据牛顿第二定律，碰撞过程中1、2 两球的加速度分别是6 Z|=_-K-,%=_-F-2叫 m2根据牛顿第三定律，F1、尸 2 等大反响，即Fi=-Fi所以叫 =-m-,a7碰撞时两球间的作用时间极短，用，表示，则有J rC WAAA(B)/?/子，它由一轻弹簧两端各联结一个小球构成，两小球质量相等，现突然给左端小球一个向右的速度V,试分析从开始运动到弹簧第一次恢复原长这一过程中两球的运动情况并求弹簧第一次恢复到自然长度时，每个小球的速度？析与解：刚开始，A向右运动，B静止，A、B间距离减小，弹簧被压缩，对两球产生斥力，
15、相当于一般意义上的碰撞，此 时A动量减小，B动量增加。当两者速度相等时，两球间距离最小，弹簧形变量最大。接着，A、B不会一直做匀速直线运动，弹簧要恢复原长，对两球产生斥力，A动量继续减小，B动量继续增加。所以，到弹簧第一次恢复原长时，A球动量最小，B球动量最大。在整个过程中，系统动量守恒，从开始到第一次恢复原长时，弹簧的弹性势能均为零，即系统的动能守恒。mv-mvA+mvB1 mva =1 mv2 1 2A+mvB解得L=以YvB=0(这组解即为刚开始两个物体的速度)或0Vfi=V （此组解为弹簧第一次恢复原长时两个物体的速度）当然，读者还可以继续讨论接下来两个物体的运动情况。实际上，不管是一
16、般意义上的碰撞，还是类碰撞，在相互作用时两个物体的受力情况、冲量方向及动量变化情况是学生处理这类问题的难点所在。下面作者再补充一些相关习题作巩固用1、甲、乙两球在光滑水平面上，在同一直线同一方向上运动，它们的动量分别 为=5依%/s,P jlk g.m ls。已知甲的速度大于乙的速度，甲球与乙球相碰，碰撞后乙球的动量变为10kg/s,贝U甲、乙两球质量加印和加乙的关系为%=。叱2、甲、乙两球放在光滑水平面上，它们用细绳相连。开始时细绳处于松弛状态，现使两球反向运动，如图所示，当细绳拉紧，突然绷断，此后两球的运动情况可能是图中的（）3、如图所示，滑 块A、B的质量分别为g、m2,且叫 牡，由轻质
17、弹簧相连接，置于水平气垫导轨上，用一细线把两滑块拉至最近，使弹簧处于最大压缩状态后绑紧，两个滑块一起以恒定的速度均向右滑动。某时刻烧断细线，当弹簧伸长至本身的自然长度时，滑块A的速度恰好为零，求(1)最初弹簧处于最大压缩状态时的弹性势能为多少？(2)定量分析在以后的运动过程中，滑块B是否会有速度等于零的时刻？作 业布 置复习本节课知识点，预习下节课知识点课堂总结1“一般意义上的碰撞：相互作用力为斥力的碰撞 J相互作用力为引力的碰撞(例如绳模型)类碰撞：相互作用力既有斥力又有引力的碰撞(例如弹簧模型)课题16.5反冲运动火箭课 型新授课课 时1教学目标（一）知识与技能1.进一步巩固动量守恒定律2
18、.知道反冲运动和火箭的工作原理，了解反冲运动的应用3.了解航天技术的发展和应用（二）过程与方法理解反冲运动的物理实质，能够运用动量守恒定律分析、解决有关反冲运动的问题。（三）情感、态度与价值观培养学生动手动脑的能力，发掘学生探索新知识的潜能。教学重点教 学运用动量守恒定律认识反冲运动的物理实质重 点教学难点难 点动量守恒定律的应用.教 学铝箔纸，火柴和支架，反击式水轮机转轮的原理模型，礼花，有关航天发准备射、空间站等的录像带剪辑，投影片，多媒体铺助教学设备（一）引入新课教师：用实验方法引入新课：K演示实验13老师当众吹一个气球，然后，让气球开口向自己放手，看到气球直向学生飞去，人为制造一点“惊
19、险气氛”，活跃课堂氛围。R演示实验2R用薄铝箔卷成一个细管，一端封闭，另一端留一个很细的教口，内装由火柴头上刮下的药粉，把细管放在支架上，用火柴或其他办法给细管加热，当管内药粉点燃时，生成的燃气从细口迅速喷出，细管便向相反的方学向飞去。时，容器就旋转起来。提问：实验1、2中，气球、细管为什么会向后退呢？实验3中，细管为什么会旋转起来呢?看起来很小的几个实验，其中包含了很多现代科技的基本原理：如火箭的发射，人造卫星的上天，大炮发射等。应该如何去解释这些现象呢？这节课我们就学习有关此类的问题。(二)进行新课1、反冲运动(1)分析：细管为什么会向后退？教师：引导学生自学书本，展开讨论，得出结论：当气
20、体从管内喷出时，它具有动量，由动量守恒定律可知，细管会向相反方向运动。(2)分析：反击式水轮机的工作原理：当水从弯管的喷嘴喷出时，弯管因反冲而旋转，这是利用反冲来造福人类，象这样的情况还很多。学生：交流，举例，并说明其工作原理。如：喷气式飞机、我国人民引以为荣的运载火箭等。教师：为了使学生对反冲运动有更深刻的印象，此时再做一个发射礼花炮的实验。学生：分析，礼花为什么会上天？教师：在学生回答的基础上进行小结火箭就是根据这个原理制成的。2、火箭教师：指导学生看书，对照书上“三级火箭”图，介绍火箭的基本构造和工作原理。播放课前准备的有关卫星发射、“和平号”空间站、“探路者”号火星探测器以及我国“神舟
21、号”飞船等电视录像，使学生不仅了解航天技术的发展和宇宙航行的知识，而且要学生知道，我国的航天技术已经跨入了世界先进行列，激发学生的爱国热情。教师：在此基础上，指导学生阅读课后阅读材料一 航天技术的发展和宇宙航行。作 业布 置“问题与练习”1 3题课堂总结教师活动：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。课题16.6用动量概念表示牛顿第二定律课 型新授课课 时1教学目标（一）知识与技能1.理解动量定理的确切含义和表达
22、式，知道动量定理适用于变力。2,会用动量定理解释有关物理现象，并能掌握一维情况下的计算问题。（二）过程与方法运用牛顿运动定律和运动学公式推导出动量定理表达式。（三）情感、态度与价值观通过运用所学知识推导新的规律，培养学生学习的兴趣。激发学生探索新知识的欲望。教 学教学重点理解动量定理的确切含义和表达式重 点教学难点会用动量定理解释有关物理现象，并能掌握一维情况下的计难点算问题教 学生鸡蛋、铺有较厚的海绵垫的白铁桶、细线、金属小球、橡皮筋、铁架台准备等，投影片，多媒体辅助教学设备（一）引入新课小实验引入新课：演示实验1:鸡蛋落地【演示】事先在一个白铁桶的底部垫上一层 海 绵（不让学生知道），让一
23、个鸡蛋从一米多高的地方下落到白铁桶里，事先让学生推测一下鸡蛋的“命运”，然后做这个实验。结果发现并没有象学生想象的那样严重：发现鸡蛋不教会被打破！演示实验2：缓冲装置的模拟学【演示】用细线悬挂一个重物，把重物拿到一定高度，释放后重物下落可过-程)以把细线拉断，如果在细线上端拴一段皮筋，再从同样的高度释放，就不会断了。【让学生在惊叹中开始新课内容】在日常生活中，有不少这样的事例：跳远时要跳在沙坑里；跳高时在下落处要放海绵垫子；从高处往下跳，落地后双腿往往要弯曲；轮船边缘及轮渡的码头上都装有橡皮轮胎等，这样做的目的是为了什么呢？而在某些情况下，我们又不希望这样，比如用铁锤钉钉子。这些现象中的原因是
24、什么呢？通过我们今天的学习来探究其中的奥秘。（二）进行新课1 .用动量概念表示牛顿第二定律师：给 出 问 题（投影）假设一个物体在恒定的合外力作用下，做匀变速直线运动，在f时刻初速度 为V,在，时刻的末速度为M,试推导合外力的表达 p V，学生：用牛顿第二定律尸=加。以及匀变速直线运动的公式自己推导。（教师巡回指导，及时点拨、提示）推导过程：如图所示，由牛顿第二定律得，物体的加速度由于A p =p，-p,及=f t所以，尸=孚 （1）结论：上式表示，物体所受合外力等于物体动量的变化率。这就是牛顿第二定律的另一种表达式。2 .动量定理教师：将（0 式写成 mv-mv=F（t-t）（2）（师生讨论
25、上式的物理意义）总结：表达式左边是物体从，时 刻 到r时刻动量的变化量，右边是物体所受合外力与这段时间的乘积。（2）式表明，物体动量的变化量，不仅与力的大小和方向有关，还与时间的长短有关，力越大、作用时间越长，物体动量的变化量就越大。尸 这 个 量 反 映 了 力 对 时 间 的 积 累 效 应。教 师（讲解）：物理学中把力尸与作用时间的乘积，称为力的冲量，记为1,即/=”/一），单位：N-s,读作“牛顿秒”。将（2）式写成 p-p=I（3）（3）式表明，物体动量的变化量等于物体所受合外力的冲量，这个结论叫做动量定理。讨论：如果物体所受的力不是恒力，对动量定理的表达式应该怎样理解呢？教师：引导
26、学生阅读选修3-5教 材2 4页第一段，理解动量定理的过程性。总结：尽管动量定理是根据牛顿第二定律和运动学的有关公式在恒定合外力的情况下推导出来的。可以证明：动量定理不但适用于恒力，也适用于随时间变化的变力。对于变力情况，动量定理中的厂应理解为变力在作用时间内的平均值。F在实际中我们常遇到变力作用的情况，比 如 用 _铁锤钉钉子，球拍击乒乓球等，钉子和乒乓球所受 o吆 4t o t的作用力都不是恒力，这时变力的作用效果可以等效为某一个恒力的作用，则该恒力就叫变力的平均值，如图所示，是变力与平均力的F-f图象，其图线与横轴所围的面积即为冲量的大小，当两图线面积相等时，即变力与平均力在用时间内等效
27、。利用动量定理不仅可以解决匀变速直线运动的问题，还可以解决曲线运动中的有关问题，将较难计算的问题转化为较易计算的问题。3 .动量定理的方向性例如：匀加速运动合外力冲量的方向与初动量方向相同，匀减速运动合外力冲量方向与初动量方向相反，甚至可以跟初动量方向成任何角度。在中学阶段，我们仅限于初、末动量的方向、合外力的方向在同一直线上的情况（即一维情况），此时公式中各矢量的方向可以用正、负号表示，首先要选定一个正方向，与正方向相同的矢量取正值，与正方向相反的矢量取负值。如图所示，质量为m的球以速度v向右运动，与墙壁碰撞后反弹的速度为v,碰撞过程中，小球所受墙壁的作用力尸的方向向左。若取向左为正方向，则
28、小球所受墙壁的作用力为正值，初动量取负值，末动量取正值，因而根据动量定理可表示为F t=p p=inv（一?v）mvo此公式中R M均指该物理量的大 小（此处可紧接着讲课本上的例题）。小结：公式A=p -P=是矢量式，合外力的冲量的方向与物体动量变化的方向相同。合外力冲量的方向可以跟初动量方向相同，也可以相反。演示实验3：小钢球碰到坚硬大理石后返回4 .应用举例下面，我们应用动量定理来解释鸡蛋下落是否会被打破等有关问题。鸡蛋从某一高度下落，分别与石头和海绵垫接触前的速度是相同的，也即初动量相同，碰撞后速度均变为零，即末动量均为零，因而在相互作用过程中鸡蛋的动量变化量相同。而两种情况下的相互作用
29、时间不同，与石头碰时作用时间短，与海绵垫相碰时作用时间较长，由曲二勺2知，鸡蛋与石头相碰时作用大，会被打破，与海绵垫相碰时作用力较小，因而不会被打破。接着再解释用铁锤钉钉子、跳远时要落入沙坑中等现象。在实际应用中，有的需要作用时间短，得到很大的作用力而被人们所利用，有的需要延长作用时 间（即缓冲）减少力的作用。请同学们再举些有关实际应用的例子。加强对周围事物的观察能力，勤于思考，一定会有收获。接着再解释缓冲装置。在实际应用中，有的需要作用时间短，得到很大的作用力，而被人们所利用；有的要延长作用时间而减少力的作用，请同学们再举出一些有关实际应用的例子，加强对周围事物的观察，勤于思考，一定会有收获
30、。例 题（投影教材24页例题，师生讨论）作 业布 置“问题与练习”1 4 题课堂总结教师活动：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。课题17.1能量量子化：物理学的新纪元课 型新授课课 时1（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.了解能量子的概念教学（二）过程与方法目标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
31、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 点难点教学重点能量子的概念教学难点黑体辐射的实验规律教 学准 备投影片，多媒体辅助教学设备教（一）引入新课学教师：介绍能量量子化发现的背景：（多媒体投影，见课件。）19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方过面不用说，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
32、一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，一，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
33、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一一能量量子化的发现（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。并通过课件展示，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
34、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：铁 块 温 度T从看不出发光到暗红到橙色到黄白色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。里体模型不透明的材料制成带小孔的的空腔，可近似看作黑体。如图所示。研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。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”，接合课件展示，讲解黑体辐射的
35、实验规律。如图所示。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”。课件展示：瑞利-金斯线。见课件。实验结果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。190
36、0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8（称为能量子）的整数倍，即：,I s,2 s,3 ,.n ,n为正整数，称为量子数。对于频率为v 的谐振子最小能量为=hv这个最小能量值，就叫做能量子课件展示：普朗克的能量子假说和黑体辐射公式(1)黑体辐射公式1 9 0 0.1 0.1 9 普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式 =6.5 5 x 1 0-3 4 J。普朗克后来又为这种与经典物理格
37、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。1 9 1 8 年普朗克荣获了诺贝尔物理学奖。他的墓碑上只刻着他的姓钟=6.6 2 6 x 1。焦.秒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：1 8 8 8 年，霍瓦(H a l l wa c h s)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，
38、后来，这些电子被称作光电子(p h o t o e l e c t r o n),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”作 业布 置“问题与练习”1、2、3 题课堂总结教师活动：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。课题17.2科学的转折：光的粒子性课 型新授课课 时1教学目标（一）知识与技能1.通过实验了解光电
39、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 点难 点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 学准 备投影片，多媒体辅助教学设备教学过程（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
40、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
41、。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。对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率Vc。当入射光频率nVc时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率丫心时,无论光强多大也无电子逸出金属表面。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
42、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，更不应该有什么裁止频率。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
43、吸收时以能量为加的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为u的光是由大量能量为E=h v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江=4+W。量，一部分消耗在电子逸出功 胸，另一部分变为光电子逸出后的动能E,o由能量守恒可得出：Wo为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功做为光电子的最大初动能。(3)爱因斯坦对光电效应的解释：光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以光电流也大。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。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从光电效应方
44、程中，当初动能为零时，可得极限频率：嗔=学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，
45、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）八光控继电器可以用于自动控制，自动计数、R-一r -r-1 ,L|出I 放大.U nnibM成自动报警、自动跟踪等。控 制 （2）光电倍增管可对微弱光线进行放大，可使光电流放大10IO倍，灵（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
46、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4 7%的现象，称为康普顿散射。康普顿散射曲线的特点：除原波长乙外出现了移向长波方向的新的散射波长义 新波长力随散射角的增大而增大。波长的偏移为 4=4-4）波长的偏移只与散射角0有关，而与散射物质种类及入 射 的X射 线 的 波 长 乙 无 关，A/L=2-20=4（l-cos）%=0.0241 A=2.41xl0-3nm（实验值）称为电子的Compton波长只有当入射波长儿与儿可比拟时，康普顿效应才显著，因此要用X射线才能
47、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。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。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。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)
48、康普顿散射实验的意义有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；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1 9 27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1 9 23年，吴有训参加了发现康普顿效应的研究工作.1 9 251 9 26年，吴有训用银的X射线(4=5.6 2n m)为入射线，以1 5种轻重不同的元素
49、为散射物质，在同一散射角(。=1 20。)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。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。,/E-%0 2 E=hvm=r-c hv hv h：.P=me=r c=c2 c 2(7)光子的能量和动量说明：动量能量是描述粒子的，频率和波长则是用来描述波作 业布 置“问题与练习”1 6题。课堂总结教师活动：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
50、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。课题17.3崭新的一页：粒子的波动性课 型新授课课 时1教学目标（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