《光的波粒二象性教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光的波粒二象性教案.docx（6页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、光的波粒二象性教案例如一、教学目标1学问目标（1） 了解微粒说的根本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题（2） 了解波动说的根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力量目标培育学生对问题的分析和解决力量，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生疏和争论经受了一个格外漫长的过程，这一过程也是辩证进展的过程依据事实建立学说，进展学说，或是打算学说的取舍，觉察的事实，再建立的学说人类就是这样通过光的行为，经过分析和争论，渐渐生疏光的本性的二、重点、难
2、点分析1、这一章的内容，贯穿一条主线人类对光的本性的生疏的进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，还可以对学生进展唯物辩证思想教育本节就课本内容，格外简洁，学生学起来格外枯燥课本所提到的内容，都是结论性的，参加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阅历，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亲热相关的人类在对光学现象、规律的争论的同时，也开头了对光本性的探究到了 17 世纪，人类对光的本性的生疏渐渐形成了两种学说一光的微粒说一般，人们都认为
3、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微小而快速运动的大小不同的粒子”，这些粒子被发光体“一个接一个地放射出来”用这样的观点，解释光的直进性、影的形成等现象是格外便利的在解释光的反射和折射现象时，同样格外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重量方向变化，但大小不变；水平重量的大小和方向均不发生变化由于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试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
4、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，必需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，又有折射何种状况发生反射， 何种状况下又发生折射呢？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构造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，简洁透过下一个折射面，而在它相继两次复发之间简洁被这个面所反射”，“我将把任何一条光线返回到倾向于反射的状态称它为简洁反射的
5、猝发，而把它返回到倾向于透射的状态称它为简洁透射的猝发，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”假设说“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， 以波的形式向四四周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布满于一切地方的“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：“假设留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
6、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，决不行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浪发光体中的每一个微粒把振动，通过“以太”这种介质向四周传播，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，再向外传播子波固然，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” 便利得多，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惠更斯用波动说还解释了光的反射和折射但他在解释光自光疏介质射向光密介
7、质的近法线折射时，需假设光在光密介质中的传播速度较小现代光速的测定说明，波动说在解释折射时依据的假设是正确的：光在光密介质中传播时间速较小但在 17 世纪时，光速的测量尚在起步阶段，谁是谁非，没有定论固然，光的波动说在解释光的直进性和何以能在传播时，会在不透亮物体后留下清楚的影子等问题也遇到困难可见，光的微粒说和波动说在解释光学现象时，都各有成功的一面，但都不能完满地解释当时所了解的各种光学现象在其后的 100 多年中，主要由于牛顿的崇高地位及声望，因而微粒说始终占主导地位，波动说进展很缓慢人类对光本性的生疏，还期盼的现象的觉察直到 19 世纪初，人们觉察了光的干预现象，进一步争论了光的衍射现
8、象干预和衍射是波动的重要特征，从而光的波动说得到快速进展人类对光的本性的生疏到达一个的阶段三牛顿理论中的波动性思想作为一代物理学大师的牛顿，是提倡了微粒说，但他却并不排斥波动说他依据他所做过的大量试验和缜密的思考，提出了不少卓越的、富有启发性的思 想在关于颜色的见解上，他提出“不同种类的光线，是否引起不同大小的振动， 并按其大小而激起不同的颜色感觉，正像空气的振动按其大小而激起不同的声音感觉一样？而且是否特别是那些最易折射的光线激起最短的振动以造成深紫色 的感觉，最不易折射的光线激起最长的振动，以造成深红色的感觉，而介于两者之间的各种光线激起各种中间大小的振动而造成中间颜色的感觉？”他同时还提
9、出：“扔一块石头到安静的水面中，由此激起的水波将在石头落水的地方持续一段时间，并从这里以同心圆的形式在水面上向远处传播空气用力撞击所激起的振动和抖动也将持续少许时间，并从撞击处以同心球的形式传播到远方，与此相像，当光线射到任何透亮体的外表并在那里折射或反射时，是不是因此就要在反射或折射介质中入射点的地方，激起振动和抖动的波，而且这种振动总能在那里发生并从那里传播出去”在解释光现象中，牛顿还屡次提出了周期性的概念而具有周期性，也是波动的一个重要特征提出波动说的惠更斯却否认振动或波动的周期性因此，对牛顿来说，在他的微粒说理论中包含有波动说的合理因素到底谁是谁非，牛顿认为“我只是对尚待觉察的光和它对
10、自然构造的那些效果开头作了一些分析，对它作了几点提示，而把这些提示留待那些古怪的人们进一步去用试验和观看来加以证明和改进”牛顿的严谨，兼收并蓄的科学态度是值得我们学习的，生怕这也是他成为物理学大师的缘由之一四理解光的波粒二象性1、动画参考媒体资料中的动画“光的波粒二象性”：当我们用很弱的光做双缝干预试验时，将感光胶片放在屏的位置上，会看到什么样的照片呢？为什么会有这种现象？分析图片：结论：1、左侧图片清楚的显示了光的粒子性2、光子落在某些条形区域内的可能性较大对于波的干预即为干预加强区，说明光子在空间各点消灭的可能性的大小可以用波动规律进展解释得出：光波是一种概率波，概率表征某一事物消灭的可能
11、性 2、让学生回忆在争论分子热运动时做过的伽尔顿板试验：教师总结：伽尔顿板试验中，单个小球下落的位置是不确定的,但是它落在中间狭槽的可能性要大一些，即小球落在中间的概率较大3、思考与争论：书中的思考依据你的理解，说明概率的意义，举出几个日常生活中的或科学中的事例，说明哪些大事是个别消灭时看不出什么规律，而大量消灭时则显示出肯定的规律性教师总结：生活中，涉及概率统计的大事很多，例如：在争论分子热运动时，争论单个分子的运动是毫无意义的，需要争论的是大量分子整体表现出来的规律，这叫做统计规律4、让我们换一个角度思考仍旧考虑双缝干预试验当光源和感光胶片之间不行能同时有两个和多个光子时，长时间曝光得到的
12、照片仍旧和光源很强、曝光时间较短时一样，则光的波动性不是光子之间的相互作用引起的结论：波动性是光子本身的一种属性五方法总结光既表现出波动性，又表现出粒子性，由于微观世界的某些属性与宏观世界不同，而我们的阅历仅局限于宏观物体的运动在生活中找不到一个既具有粒子性、又具有波动性的物理模型帮助我们争论光子的规律随着人类生疏的范围不断扩大，不行能直接感知的事物消灭在我们的眼前， 需要我们建立的模型，提出的理论来进展争论，对于一种模型，只要能与试验结果全都，它就能在肯定范围内表示所争论对象的规律四、例题分析参考备课资料中的典型例题 五、教学说明人类对自然的探究精神，是鼓励学生学习的动力自本节起，其后的物理
13、各章节中，包含了大量的物理学史内容充分利用这些贵重资料，恰当结合教材内容，既能充分激发学生学习兴趣，又可以自然地对学生进展辩证唯物主义思想教育，以利于对学生的科学素养和制造性精神的培育典型例题例 1 光的和现象说明光具有波动性，现象说明光具有粒子性我们无法只用其中一种观点说明光的一切行为，因而认为光具有性答案：干预，衍射，光电效应，波粒二象例 2 依据光与水波的类比，试解释在浅海滩边，不管海中波浪向什么方向传播，当到达岸边时为什么总是沿着大约垂直于岸的方向传来？提示：波在浅水中传播时，水越浅，波速越小分析：由于光从光疏介质向光密介质传播时，光的传播速度减小，折射角小于入射角，折射线向法线靠拢假
14、设光在折射率渐渐递增的连续介质中传播，可以设想把连续介质分成很多薄层，光从折射率较小的薄层渐渐进入折射率较大的薄层时，折射线会越来越向法线靠拢，最终趋向于接近法线的方向从深处向海滩边传播的水波，波速也渐渐减小，依据与光的类比，仿佛进入折射率渐渐增大的介质，所以它的传播方向跟垂直海岸的方向线之间的夹角也渐渐减小，最终必将沿着大约垂直海岸的方向传来，并且，这个结果与海浪向什么方向传播无关水波与光波的类比可用图表示争论：惠更斯通过光波与水波等类比提出光的波动说时，由于当时还无法深刻生疏到光的本性，从类比得一个错误的结论，认为光跟声波一样是纵波这样， 也就无法用波动说解释横波所特有的偏振等光现象因此，在当年关于光的本性的论战中显得被动，再加上牛顿在科学界的崇高威望，很长一段时期中微粒说处于主导地位例 3 光既具有波动性，又具有粒子性。大量光子表现出的强，少量光子表现出的强；频率高的光子表现出的强，频率低的光子表现出的强答案：波动性，粒子性，粒子性，波动性