高中物理《量子化現(xiàn)象》教案 粵教版必修1（通用）

第三節(jié) 量子化現(xiàn)象 (一)教學目標1知識與技能(1)初步了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象，知道量子論的主要內容。(2)知道宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點，了解光的波粒二象性。(3)知道量子論的建立不僅是物理學的革命，也對人類認識世界和科技發(fā)展具有重要影響。2過程與方法(1)通過了解經(jīng)典物理學能量連續(xù)性觀點在解釋“黑體輻射”現(xiàn)象時的失敗，體會普朗克提出量子假說的偉大意義。(2)通過了解“光電效應”實驗與經(jīng)典物理學理論的矛盾，體會愛因斯坦的光子說對光的本性的揭露。(3)通過了解光的波粒二象性和氫原子光譜，使學生知道微觀世界能量量子化的特征，從而使學生認識到：量子論的觀點是作為現(xiàn)代人認識客觀世界的重要方法。(4)通過列舉量子論的發(fā)展所帶來的科學技術的重大變革和對其他自然科學領域的影響，體會量子論對人類認識世界的深遠影響。3情感、態(tài)度與價值觀(1)通過了解量子論的建立和發(fā)展過程，使學生體會科學家們探求真理的無限艱辛和他們非凡的創(chuàng)造性思維的光芒，使學生不僅從中獲取科學知識，更受到科學思維的熏陶引導學生善于逆向思維，培養(yǎng)思維的靈活性、發(fā)散性和創(chuàng)造性。(2)關注量子物理對我們生活所造成的影響，體會量子物理對20世紀科學技術領域和人類文明進步所造成的影響。(3)引導學生沿著前輩科學家的足跡，去體驗他們是如何由實驗事實出發(fā)，尊重經(jīng)驗事實對理論的檢驗，從而一步步登入微觀世界的大門，感受科學家客觀求實、理性追求、批判創(chuàng)新的精神，培養(yǎng)學生敢于質疑的科學品質。(4)通過了解并體會科學假說在物理學理論研究、發(fā)展中的作用，學習科學假說的思想方法，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。(二)本節(jié)概述1本節(jié)特點(1)側重于定性介紹。(2)強調物理學思想和方法。(3)重視實驗事實。(4)重視理性思維的作用。2教法與學法本節(jié)內容對學生來說，無法用已有的經(jīng)典物理的觀點去理解，學生缺乏相關知識的鋪墊，因而對教學會造成相當大的困難。首先應正確地定位教學的層次和難度，課程標準對本節(jié)要求的知識技能目標是“初步了解和知道”，在必修課程中編排現(xiàn)代物理的內容，目的是使學生在完成必修課程后對物理學的發(fā)展和前景有整體性了解，也是為進一步激發(fā)學生學習物理的興趣，所以教學要求以了解為主，不做更高要求。教學形式可以教師啟發(fā)性地講授為主，配合指導學生在課外閱讀相關科普讀物，希望在學習本節(jié)內容之后學生能夠產(chǎn)生更多的問題和更濃厚的興趣。其次，教學中最好能根據(jù)學生的認知基本規(guī)律，即“從生動的直觀到抽象的思維”這一特點出發(fā)，創(chuàng)造條件以實驗演示、計算機模擬等手段來激發(fā)學生興趣，突破教學難點。此外，教學中應當注意在傳授知識的同時，更側重于科學研究的方法以及科學觀點的教學，使學生通過學習能獲取更多認識客觀世界的研究方法和全面的、發(fā)展的科學觀點，這對其終身的發(fā)展將會起到較大的幫助。(三)教材說明與教學建議本節(jié)開篇即指出：19世紀末20世紀初的許多現(xiàn)象與經(jīng)典物理學王理論相矛盾，從而引發(fā)了物理學的另一場革命量子論的建立。這也是本節(jié)教學的線索，從矛盾出發(fā)去理解量子論誕生的理論背景和必然性，教學中最好以這一思路貫穿始終。1黑體輻射：能量子假說的提出“黑體輻射”的教學首先應指導學生了解人們對“黑體輻射”研究的社會背景(參見課程資源黑體輻射)，使學生理解科學的發(fā)展總是和社會、經(jīng)濟的需求密切聯(lián)系的教學中要突出用經(jīng)典物理學理論來解釋黑體輻射遇到的困難，使學生認識到黑體輻射是經(jīng)典物理能量連續(xù)性概念不適用于微觀世界的典型事例，在此基礎上講述普朗克的能量子假設，才能使學生切實地認識到量子概念的必然。同時使學生領會當實驗事實和理論相違背時，往往預示著理論存在的缺陷，或是新的理論誕生的萌芽。普朗克提出“能量子假說”宣告了物理學的一場革命然而在當時由于經(jīng)典物理中的能量連續(xù)性概念在人們的頭腦中根深蒂固，幾乎所有的科學家相信包括能量在內的一切自然過程都是連續(xù)的，普朗克提出這種與經(jīng)典物理學截然不同的觀點是需要極大的勇氣的，教學中可補充介紹普朗克在公開提出“能量子假說”時的“謹慎和大膽”(可查詢世界著名科學家簡介和物理學家風雅趣聞中關于普朗克的介紹)，使學生體會科學家尊重客觀規(guī)律、為揭示真理而勇于挑戰(zhàn)傳統(tǒng)觀念的科學精神。教學中還應指出盡管普朗克開創(chuàng)了量子論，然而他的工作是不徹底的他認為，輻射的能量僅僅在原子吸收或發(fā)射時是不連續(xù)的，一份一份的，而在傳播過程中，則仍是連續(xù)的曾有記者問他“您說能量到底是連續(xù)的呢?還是不連續(xù)的呢?”普朗克回答說：“如果一個人用小碗從缸里舀水，倒在水池中，您說水是連續(xù)的呢?還是不連續(xù)的呢?”從普朗克的回答中，我們可以看出，他認為輻射本質上還是連續(xù)的，只是在原子發(fā)射或吸收輻射時，才是一份一份的。把量子化思想貫徹到底的是愛因斯坦。討論與交流此處安排的“討論與交流”目的是使學生體會能量子假說與經(jīng)典物理的傳統(tǒng)觀念格格不入過去，人們總認為一切自然過程都是連續(xù)的，比如能量的傳遞和釋放中，宏觀狀態(tài)下的能量總是由一切微觀狀態(tài)下的能量連續(xù)排列組合而成，中間毫不間斷。因此，“能量子假說”是對經(jīng)典物理學理論的重大突破。2光子說：對光電效應的解釋光電效應是經(jīng)典物理能量連續(xù)性概念不適用于微觀世界的另一典型現(xiàn)象。教學中應重點將經(jīng)典物理和光子說對光電效應現(xiàn)象的解釋(注意指出一個電子吸收一個光子的能量)進行對比，使學生能將經(jīng)典物理以“光是電磁波，它的能量是連續(xù)的”這種觀點對光電效應現(xiàn)象作出解釋時與實驗事實的矛盾，與光子說對這些矛盾的圓滿解釋相對照，從而領悟光具有粒子性。出于降低難度考慮，教材中僅介紹了“光電效應的產(chǎn)生與光的頻率有關而與強度無關”這一現(xiàn)象特征，教學中可視學生情況決定是否補充介紹其他特征(參見課程資源光電效應)。如果學校條件容許，最好能安排光電效應演示實驗或者根據(jù)教學實際需要，設計制作多媒體課件，利用計算機模擬實驗，盡可能為學生提供一種研究、探索的情景，同時輔以積極的思維活動，不僅使學生較好地掌握了光電效應現(xiàn)象的本質，也使他們受到了一次物理實驗方法的熏陶。3光的波粒二象性：光的本性揭示由于學生沒有學過關于“光的波動性”以及“干涉、衍射”的知識，對于認識“光的波粒二象性”顯然難度較大這里最好能做光的雙縫干涉實驗，結合實驗現(xiàn)象來解釋何為“概率波”，也可以借助語言，通過比喻或類比，進一步豐富學生的表象，如光的波粒二象性，我們可以想象：光似乎是一群“光子雨”，光的顏色反映出“雨點”的力量，霧靄茫茫，多像煙波；點點滴滴，又多像顆粒這里注意引導學生以全面的、辯證的觀點認識事物。實際上光的波粒二象性取決于你觀察問題的著眼點，就像我們常常用瞎子摸象來比喻同一個事物的不同側面的反映，在微觀世界中：大量光子運動產(chǎn)生的效果顯示出波動性，個別光子運動產(chǎn)生的效果顯示出粒子性，光在傳播時顯示波動性；與物質發(fā)生作用時往往顯示粒子性?？梢灾笇W生在課后進一步了解科學界關于“光的本性”的探索歷程(參見課程資源光的本質波動說與微粒說的交鋒)，鼓勵學生撰寫小論文或分組交流、匯報各自的學習成果，從而使學生了解近代物理學的形成、發(fā)展的歷程，這當中包括科學的假說、科學的遺憾、科學的突破、科學的爭論、科學的蒙難；使學生在了解物理學史的過程中受到科學研究方法的熏陶，也使學生感受科學家腳踏實地、埋頭苦干、不圖功利的科學態(tài)度和崇高的思想品德。4原子光譜：原子能量的不連續(xù)原子光譜是微觀粒子能量不連續(xù)的典型現(xiàn)象，這里重在通過這一形象實例使學生更深地領會微觀世界能量量子化的特征。量子論建立的意義教材沒有作過多介紹，教學中可靈活處理，教師可以舉例說明也可以布置學生查詢量子論的發(fā)展對現(xiàn)代科技領域和社會發(fā)展的影響體現(xiàn)在哪些方面?？梢韵驅W生說明，普朗克的能量量子化思想、愛因斯坦的光量子假說以及之后的玻爾原子軌道量子化理論統(tǒng)稱為舊量子論，具有一定的局限性，很難應用到更復雜的情況。1924年開始，為了擺脫舊量子論的局限性，物理學家們建立了全新的、描述微觀世界運動的理論量子力學，新的量子理論不僅能勝任舊量子理論的全部任務，而且能夠準確地描述更復雜的現(xiàn)象，并方便地應用到更廣泛的領域(參見課程資源量子力學的建立和意義)。也可指導學生在課后了解量子論進一步發(fā)展為量子力學的過程以及量子力學與科技、生活的密切聯(lián)系。注意應向學生說明，量子論和量子力學的建立并不是完全否定了經(jīng)典力學，它只是在微觀世界領域否定了經(jīng)典物理中根深蒂固的連續(xù)性概念和決定論思想，事實上宏觀的經(jīng)典物理是量子物理的極限形式。本節(jié)教學中應注重突出科學假說的作用和滲透科學假說的思想方法，這是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的重要途徑對21世紀知識經(jīng)濟時代中參與競爭的學生，培養(yǎng)探究形成假說的能力、嚴密思維的能力和創(chuàng)新思維的能力無疑是十分必要和十分緊迫的量子物理的發(fā)展與假說方法聯(lián)系密切，從黑體輻射問題的研究中出現(xiàn)的“紫外災難”，到1900年普朗克的能量子假說，到1905年愛因斯坦“光量子假說”，到玻爾量子理論解釋原子問題，建立舊量子論，到海森堡、薛定諤提出量子力學，再應用愛因斯坦相對論提出相對論量子力學的整個量子理論的發(fā)展，無不體現(xiàn)了從假說理論新假說新理論的循環(huán)發(fā)展模式，而每一次的發(fā)展都是對前一層次理論(假說)的繼承、完善和修改，又是后一層次理論(假說)的重要臺階。應引導學生體會假說的意義和方法，使學生了解：卜個自然現(xiàn)象，在其未被揭示出科學本質之前，人們對它的認識是很不完整的，甚至是片面的，只能借助于假說的形式進行研究與探索當某一假說被大量事實所證實時，它就發(fā)展成一種理論；當新的科學事實又積累到一定程序與假說相矛盾時，又必須提出新的假說或修改、補充原來的假說，以便能圓滿地解釋事實，進而促進理論的進一步研究與發(fā)展。因此假說是物理學研究中理論發(fā)展必不可少的方法與橋梁。(四) 小結（五）作業(yè)