四、光的波动性和粒子性 教案

第一篇：四、光的波动性和粒子性 教案

四、光的波动性和粒子性

教学目标

1．让学生了解电磁波谱和光谱的种类及其应用．

2．让学生知道光电效应的产生条件和规律；了解电子说：渗透辩证唯物主义的观点和方法． 教学重点、难点分析

对光电效应四条基本规律的理解及对光电效应现象的解释． 教学过程设计 教师活动

前面我们已经复习了光的干涉现象和衍射现象．光可以产生干涉现象和衍射现象说明了什么呢？ 学生活动

说明光具有波动性．

我们在学习机械波时，知道机械波也能发生干涉现象和衍射现象． 结合上述两种情况我们能得出什么样的结论呢？ 干涉现象和衍射现象是波特有的现象．

如果我们使用某种方法使电子也能产生衍射图样，那么我们对电子的行为如何认识呢？ 电子一定具有波动性．

很好！请同学们看一看阅读教材．

既然光是一种波，那么光波是属于机械波还是属于电磁波？还是独立于机械波、电磁波的另一种波？你们要是科学家对这个问题如何分析？

光肯定不是机械波，因为机械波的产生不但要有波源而且还需要介质，光可以在真空中传播不需要介质，因此光不是机械波，所以光不是电磁波，就是一种另外形式的波．

现在人们对光波是怎样认识的呢？ 光是一种电磁波．

这个观点是谁提出来的？ 麦克斯韦．

由谁用实验证实的？ 赫兹．

我们知道，电磁波是一个大的家庭，它都有哪些成员呢？ 无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线． 这些成员合起来就构成了电磁波谱． 投影（电磁波谱 如图4-4-1．）

我们这个世界五彩缤纷，都是由于有可见光，但是，可见光在电磁波谱中只是一个很窄的波段． 我们观察电磁波谱，能得到什么结论？ 由左至右，频率越来越大，波长越来越短． 在电磁波谱中，各种电磁波的性质不同，因而它们就具有不同的用途，在前面的学习中我们已经学习了关于无线电波、微波的有关知识．

下面我们从红外线开始复习． 红外线的主要特点是什么？

红外线主要特点是热效应，一切物体都在不停地辐射红外线，并且不同的物体辐射红外线的波长和强度不同．

红外线的主要用途是什么？

（1）利用红外线的热效应对物体进行烘干．

（2）利用红外线波长较长，容易发生衍射的特点进行远距离和高空摄影．

（3）利用不同物体辐射红外线的波长和强度的不同可以对物体进行远距离探测，这种技术叫红外线遥感． 同学们回答的很好，人们对红外线特性的利用远没达到成熟，有待我们进一步开发和利用．

现在国外有一种飞机叫做隐形飞机，这种飞机采用多种措施进行隐形，不易被对方的雷达发现，请同学们猜想，它是怎样隐形的呢？

多种措施我们还不能完全说出来，但有一条可以肯定，这种飞机必须要减少自身的红外辐射． 下面我们来复习有关紫外线的问题．紫外线主要特点和主要用途是什么？

紫外线的主要作用是化学作用．一切高温物体发出的光都含有紫外线，紫外线的波长比紫光还短，紫外线有很强的荧光效应，紫外线有杀菌消毒的作用等．

下面提一个关于物理学史的问题．

世界上第一个获诺贝尔物理学奖的人是谁？ 伦琴：

他为何获奖？

发现了X射线，又称伦琴射线． X射线的主要特点和用途是什么？

X射线是比紫外线波长还短的电磁波，它的穿透本领很大． X射线穿透物质的本领跟物质的密度有关系，在工业上可以用它来检查金属部件有没有砂眼、裂纹等缺陷，在医学上可以用它来透视人体，检查体内的病变和骨折的情况．

比X射线波长更短的电磁波叫做γ射线，它对物体的穿透本领比X射线更强，利用γ射线的穿透作用制成γ射线探伤仪，用来检测金属材料内部伤痕、裂缝、气孔等．

利用γ射线穿透金属板的强度变化，可制成金属测厚计来检测金属板的厚度以及镀层的厚度等． 不同的电磁波产生的机理不同，它们是如何产生的呢？（1）无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的，这种电路的原理我们学过，就是LC振荡电路．（2）红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的．（3）X射线是原子的内层电子受到激发后产生的．（4）γ射线是原子核受到激发后产生的．

既然它们都是电磁波，它们的行为应服从共同的规律，我们知道的它们服从的共同规律都有哪些呢？ 它们都能发生干涉和衍射现象，它们在真空中的传播速度都是3.0×108m/s． 它们的波长或频率不同，导致它们有哪些不同的特性呢？

电磁波谱从左至右频率越来越大，波长越来越短，因此就越不容易发生干涉和衍射现象，但穿透本领却越来越强．

从电磁波谱中我们看到，可见光是一种电磁波，它是由原子外层电子受激后产生的．由于不同元素的原子及其电子的运动情况不同，受激后产生的电磁波的频率和波长也是不相同的，这就为我们研究物体的化学成分提供了有力的依据．现在这方面的研究已形成了一个专门的学科——光谱学．

下面我们复习关于光谱方面的知识． 光谱怎样分类？ 光谱可分为发射光谱和吸收光谱．

其实光谱可分为三类：发射光谱、吸收光谱和散射光谱．在高中阶段只介绍了发射光谱和吸收光谱． 什么叫发射光谱？

由发光物体直接产生的光谱叫做发射光谱． 发射光谱怎样分类？

发射光谱包括连续谱和线状谱．

教师展示挂图，使学生感受连续谱和线状谱． 线状谱又叫做原子谱这是为什么？

各种元素都有一定的线状谱，元素不同，线状谱不同．所以，线状谱又叫原子光谱． 什么是特征谱线？

每种元素的原子只能发出某些具有特定波长的光谱线，这种谱线叫做那种元素的特征谱线．如果我们对发光物质的光谱进行分析时，发现了某种元素的特征谱线，我们就可以断定发光物质中一定具有这种元素．

什么是吸收光谱？

吸收光谱是一束具有连续波长的光通过物质时，某些波长的光被吸收后产生的光谱．这种光谱是以连续光谱为背景，其中有暗线、暗带或暗区．不同物质产生的吸收光谱不同．

吸收光谱中的暗线是否可以叫做特征谱线？ 可以．

两条明线和两条暗线相对应．

教师展示挂图，让学生观察钠的发射光谱和吸收光谱． 教师展示钠的吸收光谱和太阳光谱．

教师说明：太阳光谱是太阳内部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时产生的吸收光谱． 太阳大气层中有钠吗？ 有．

教师布置让学生将这部分书认真阅读．

前面我们复习了光的电磁说，它很好地解释了光的干涉、衍射现象，但是，光的电磁说并不能成功地说明光的所有现象．例如光电效应现象．

实验装置（图4-4-2）

叙述实验现象：

用弧光灯照射锌板，验电器就张开一个角度，说明锌板带了电，进一步检查知道锌板带的是正电．这说明在弧光灯的照射下，锌板中有一部分电子从表面飞了出去，锌板缺少了电子，于是带正电．

这种在光的照射下从物体发射出电子的现象叫做光电效应，发出来的电子叫做光电子． 光电效应现象的四点结论是什么？

（1）任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率，才能产生光电效应；低于这个频率的光不能产生光电效应．

（2）光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光的频率的增大而增大．（3）入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9S．（4）当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比． 光的电磁说不能解释前三条实验结论．

第一：按照光的电磁说，光是电磁波，是变化的电场与变化的磁场的传播．入射光照射到金属上时，金属中的自由电子受变化电场的驱动力作用而做受迫振动，增大入射光的强度，光波的振幅增大，当电子做受迫振动的振幅足够大时，总可挣脱金属束缚而逸出，成为光电子，不应存在极限频率．

第二：按照光的电磁说，光的强度应由光波的振幅决定，因此光电子的最大初动能应与入射光的强度有关． 第三：按照光的电磁说，光电子的产生需要较长的时间而不是瞬间． 光电磁说与光电效应现象产生了尖锐的矛盾． 是谁最终成功地解释了光电效应现象？ 爱因斯坦．

爱因斯坦是怎样解释的？

爱因斯坦在普朗克关于电磁波的发射和吸收是不连续的而是一份一份地进行的学说启发下提出了光子说． 光子说认为：在空间传播的光也是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量跟它的频率成正比，即E=hv，h是普朗克常数．

光子的能量只与光的频率有关，金属中的电子吸收的光子的频率越大，电子获得的能量也就越多，当能量足以使电子摆脱金属束缚时就能从金属表面逸出，成为光电子．因而存在一个能使电子获得足够能量的频率，即极限频率．

上述解释同样能解释光电效应第二条结论．

电子吸收了光子后，动能立刻就增加了，不需要能量的积累过程，因此光电子的发射几乎是瞬时的． 解释得很好，至于第四条结论怎样解释请同学们课后思考，可阅读教材．

我们在复习电磁波谱时知道，光的频率越大，其对物体的穿透本领就越强，这是为什么？

按照爱因斯坦的光子说，光的频率越大，组成这种光的光子能量也就越大，当然对物体的穿透本领也就越强了．

通过上边的复习我们知道，光既有波动性，又有粒子性，人们无法只用其中一种来说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性，请同学们阅读光的波粒二象性一节．

请同学们自己复习光电管并阅读爱因斯坦光电效应方程部分． 同步练习

一、选择题

1．红、橙、黄、绿四种单色光子，光子能量最小的是[

] A．红光

B．橙光 C．黄光

D．绿光

2．太阳光谱中有许多暗线，它们是对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于 [

] A．太阳表面大气层中缺少相应的元素 B．太阳内部缺少相应的元素

C．太阳表面大气层中存在着相应的元素 D．太阳内部存在着相应的元素

3．用绿光照射一光电管，能产生光电效应，欲使光电子从阴极射出时的最大初动能增大，应

[

] A．改用红光照射

B．增大绿光的强度 C．增大光电管的加速电压

D．改用紫光照射

4．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图4-4-3所示，这时

[

]

A．锌板带正电，指针带负电 B．锌板带正电，指针带正电 C．锌板带负电，指针带正电 D．锌板带负电，指针带负电

5．设λ

1、λ2是两种单色光1、2在真空中的波长，若λ1＞λ2，则这两种单色光线相比

[

] A．单色光1的频率较小

B．玻璃对单色光1的折射率较大

C．在玻璃中，单色光1的传播速度较大 D．单色光1的光子能量较大

6．两种单色光A、B分别由垂直水平方向从水面射向水底，它们经历的时间tA＞tB，下列判断正确的是 [

] A．A色光的波长比B色光的波长大 B．A色光的波长比B色光的波长小

C．A色光的光子能量比B色光的光子能量大 D．A色光的光子能量比B色光的光子能量小

二、计算题

7．一单色光照在金属钠的表面上时有光电子射出，当所加反向电压为3V时，光电流恰好为零，已知钠的极限频率为5000Hz，求：该单色光的频率．

8．有一功率为500W的红外线电热器，如果它辐射的红外线的频率为3.0×1014Hz，求：（1）每秒发出的光子数；（2）在距离电热器2m远处，垂直于红外线传播方向的1cm2的面积上每分钟能接收到多少个光子？

参考答案

1．A

2．C

3．D

4．B

5．A

B 6．B

C

7．1.32×1015Hz 8．（1）2.5×1021（个），（2）3.0×1017（个）

第二篇：17.2 光的粒子性 精品教案

宁国市津河中学物理组教案

17．2 科学的转折：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 宁国市津河中学物理组教案

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12mevceUc2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 <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。

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

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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，hEkW0一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 Ek。由能量守恒可得出：

W0为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功Wk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：cW0 h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）

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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．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0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0外出现了移向长波方向的新的散射波长

② 新波长随散射角的增大而增大。波长的偏移为0

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0无关，0c(1cos)c = 0.0241Å=2.41×10-3nm（实验值）称为电子的Compton波长只有当入射波长0与c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

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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(0=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。

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。

（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2Emchm2cEhPmchhhc2cc来描述波的

（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

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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”1～6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。

第三篇：《光的粒子性》教学设计

高二年级物理学科 《光的粒子性》课堂教学设计

巍山一中

朱广泽

一、设计思想

本节课设计的基本理念是：以学生为主体，以学生的发展为中心，发挥物理学科教育效应优势，促进学生知识、技能、品德三维一体的全面发展。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。本节内容比较难讲，到底怎样讲学生易于接受？教学界一直在探索，本节以实验演示引入，在引入阶段让学生充分讨论两个问题：“为什么在紫外线的照射下锌板中的自由电子会跑出来呢？”“为什么用红光照射锌板打不出电子？”这样的引入激发了学生的兴趣，为即将进行的教学做好了准备。光电效应的实验规律部分是激发学生想象力的关键，不能简单地将知识灌输给学生，“存在饱和电流、遏止电压、截至频率、效应的瞬时性”每一个问题都让学生从已有的知识出发去探讨，再和实验结果进行比较，学生会真切感受到经典理论的局限性和光电效应的神奇性，增强教学效果。有了前面的铺垫，爱因斯坦对光电效应的解释便呼之欲出，顺利成章了。整个设计以贯穿三维目标为基调，以培养学生想象了为主轴，以教材知识线索为主线。

二、教材分析

本节知识由光电效应的实验规律、光电效应解释中的疑难、爱因斯坦的光电效应方程、康普顿效应和光子的动量五部分组成，内容较多，难度也较大，教材把这些内容放在这一节里，是希望通过这一节的学习能让学生对光子有一个全面的认识。本节知识也是本章的重点内容。光电效应和康普顿效应是认识光的粒子性的重要依据，爱因斯坦用量子思想对光电效应的解释是科学转折的重大信号，更多的科学家开始关注普朗克提出的量子观点，并开创了新的局面。光电效应实验是本节的“根”，要创造条件做好实验。

三、学情分析

学生对光的波动性还没有学习，这样就增加了对这节内容学习的难度，只有采用在学习本节内容之前让学生先学习一些有关光的波动性的知识，即经典的电磁理论知识。

四、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。

（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。

五、教学重点难点

重点 ：光电效应的实验规律

难点：爱因斯坦光电效应方程以及意义

六、教学策略与手段

教师启发、引导，学生讨论、交流的导学案方式

七、课前准备

1、学生的学习准备：学生在上课前完成导学案的预习提纲及展示质疑内容，准备好课本，课堂作业本和笔。

2、教师教学准备：检查学生的预习情况，精心做好教学设计，细心备好课，设计好板书和课后作业，教学用具准备光电效应演示器和多媒体课件。

八、教学过程

第一课时

（一）导入新课

【教师讲解】光究竟是什么？让我们再次回顾历史上对光的本性之争。最初，牛顿认为光是一种微粒，惠更斯认为是一种波，二者都各自能解释一些现象，由于牛顿在学术界的地位，而波动说又缺少有力的实验事实，人们倾向于光是一种粒子的看法。直到发现了光的干涉、衍射这一波特有的现象之后，人们才开始从波的角度研究光。麦克斯韦提出光是一种电磁波，并建立了完善的电磁场理论，光的波动理论似乎很完美了。

既然如此，为什么本节又要谈论“光的粒子性”呢？让我们先做一个实验。实验演示：（参见教材图17.2-1）教师介绍实验器材，并说明由于实验室没有锌板，用光电管代替，然后演示，引导学生观察电流表的指针偏转情况。

（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。启发猜想：为什么用紫外线照射锌板会引发验电器的指针偏转？（学生会提出多种猜想）

引导分析：锌板本身是电中性的，现在它带了正电，说明在紫外线的照射下锌板中的自由电子跑了。

【教师提问】为什么在紫外线的照射下锌板中的自由电子会跑出来呢？

引导分析：让学生结合以前的知识回想电子在核外运动的运动情况；光波是一种电磁波，它要形成电场，电子处在电场中要受到电场力的作用。

启发猜想：改用其他的光（比如红光）来照射会不会照射出电子？或用其他的材料做实验会不会照射出电子？

学生根据已有的知识，猜想一定会发生与刚才相同的现象，然而这是做实验却没有电子跑出来。激起学生的认知冲突，学生急于想弄懂：为什么用紫光能照射出电子而用红光就不能照射出电子呢？

（二）新课教学

1、光电效应的实验规律

【教师讲解】我们刚才做的实验是科学史上一个非常重要的实验，这个实验的焦点在于“为什么用红光照射锌板打不出电子”，科学家将实验装置进行了改进，得到了很多出人意料的规律，下面我们一起来学习：

（板书）光电效应的实验规律

让学生阅读总结：光电效应现象（板书）

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。

引导学生分析实验装置（教科书图17.2-2），介绍实验原理。

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。

【教师提问】为什么要加正向电压？不加正向电压电路中有电流吗？

分析解答：光束照在阴极K上会发生光电效应现象，但只有极少的电子能到达阳极A，电路中电流很小。加了正向电压后，大量的电子在电场力的作用下向阳极运动，形成较大电流。（加正向电压的目的是放大实验效果，增强实验“可见性”）。

【教师提问】保持光照条件不变，逐渐加大两极之间的电压，大家分析会怎样变化？ 引导分析：学生根据电场力知识会得到电流会得到增大的结论。有的学生会分析出电流会增大到一个极限值。

（看完后做演示实验）

教师解答：同学们的分析会与实验结果一致吗？我们一起来阅读教科书的实验结果

引导看书：存在饱和电流。

（板书）存在饱和电流：对于一定颜色（频率）的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。

【教师讲解】当所加电压为0时，电流并不为0。只有施加反向电压，也就是阴极接电源正极，阳极接电源负极，在光电管两极间形成使电子减速的电场，这时电流才可能为0，使光电流为0的反向电压成为遏止电压。

（板书）遏止电压及其公式

12根据动能定理，有 mevceUc2

【教师提问】对刚才的实验，加了遏止电压后，如果再增大入射光的强度，电路中会有光电流吗？减弱光的强度，遏止电压会减小吗？

引导分析：学生按照经典理论解释一定会有光电流，因为入射光越强，电子吸收到的能力就越多，电子跑出来的动能也越大，刚才的这个电压就不能遏止住了，减弱光的强度，遏止电压肯定会减小。

【教师解释】同学们分析的很好，但科学家经过实验研究发现，此时无论是入射光的强度增大到多大，都没有光电流产生。而且实验发现只要是同一频率的光都有相同的遏止电压，与光的强度无关。如果改变光的频率，遏止电压也会随之改变。

（板书）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。引导看书：截至频率

（板书）截至频率：当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应，不同金属截至频率不同。

【演示实验】用不同的滤光片，观察现象

实验结果是射出的光电子的能量与入射光的强度无关，只与频率有关。刚才的分析认为，有光电流是因为光的能量在电子身上叠加，进一步说明入射光的能量并没有在电子身上叠加，引发学生的认知冲突。

引导猜测：电子是怎样吸收入射光的能量的呢？ 当年爱因斯坦等大量科学家也在做这样类似的猜测。【教师提问】如果入射光的频率超过截至频率，做两次实验，第一次用很弱的光照射，第二次用很强的光照射，请问那一次光电子从锌板跑出来的时间长些？

引导分析：学生会根据积累效应分析；如果入射光很弱，光子积累到跑出来的能量需要更多时间。

但实验的结果又是怎样的呢？ 演示实验

（板书）光电效应具有瞬时性：发生观点效应几乎不需要反应时间。2．光电效应解释中的疑难 引导看书：光电效应解释中的疑难

（板书）逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值。

【教师总结】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了猜测和分析，我们发现我们的推测与实验大相径庭，是我们学的知识错了还是面对新的实验事实应该建立新的理论呢？我们来看科学家是怎样面对的？ 3．爱因斯坦的光电效应方程

引导学生看书：爱因斯坦的光电效应方程

【教师讲解】爱因斯坦一辈子很少做实验，他是一个伟大的物理学家，但他非常尊重实验事实，当理论与实验事实相矛盾时他倾向实验，为了解释光电效应实验规律，他接受并发展可普朗克都惶惑的能量子观点，提出光子说提出光子说，从而成功地解释了光电效应规律。

（板书）光子：光本身是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光子能量为hν，其中h为普朗克常量，这些能量子叫做光子。

（板书）爱因斯坦光电效应方程：

hEkW0（其中Ek为电子从金属表面逸出的最大初动能，hν为一个光子的能量，W0为逸出功，与频率的关系是c

（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，W0）hhEkW05 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 Ek。由能量守恒可得出：

W0为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功Wk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：cW0 h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。

九、板书设计

§17.2 光的粒子性

一、光电效应的实验规律

1、光电效应现象：

2、存在饱和电流：

入射光越强，单位时间内发射的光子数越多。

12mevceUc3、遏止电压及其公式： 2

4、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

5、截至频率：当入射光的频率低于截止频率时不能发生光电效应，不同金属截至频率不同。

6、光电效应具有瞬时性：发生光电效应几乎不需要反应时间。小于10-9S

二、光电效应解释中的疑难

逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值。

三、爱因斯坦的光量子假设

1、光子：光本身是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光子能量为hν，其中h为普朗克常量，这些能量子叫做光子。

2、爱因斯坦光电效应方程：

hEkW0（其中Ek为电子从金属表面逸出的最大初动能，hν为一个光子的能量，w0为逸出功，与频率的关系是c

十、作业设计

1、课本P36问题与练习第1、2、3、4题。

W0）h

第四篇：高三物理粒子的波动性教案

17.3 崭新的一页：粒子的波动性

★新课标要求

（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。

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（二）进行新课

1、光的波粒二象性

教师：讲述光的波粒二象性。在学生的辨析说明下进行归纳整理。

（1）我们所学的大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。

光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。（2）光子在空间各点出现的概率遵从波动规律，物理学中把光波叫做概率波。点评：通过学生归纳总结形成结论，教师再进行讲解，学生容易接受。充分注重知识的学生自主形成过程。

2、光子的能量与频率以及动量与波长的关系。

hv ph/

让学生找到更多的关系公式：ph/＝hv/v/c

提问：受此启发，人们想到：同样作为物质的实物粒子(如电子、原子、分子等)是否也具有波动性呢？

学生阅读课本“粒子的波动性”。

点评：让学生带着问题阅读，提高阅读的效率，培养学生从课文材料中提取有关信息的能力。

3、粒子的波动性

提问：谁大胆地将光的波粒二象性推广到实物粒子？只是因为他大胆吗？

学生回答：法国科学家德布罗意考虑到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的成功，大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子。

展示演示文稿资料：有关德布罗意。

点评：使学生了解对知识理论的推广和假设并不是一味 的凭空猜想，而是有一定的理论或事实基础。

（1）德布罗意波

实物粒子也具有波动性，这种波称之为物质波，也叫德布罗意波。（2）物质波波长

hp＝hmvEp

提问：各物理量的意义？

学生回答：为德布罗意波长，h为普朗克常量，p为粒子动量。点评：对物理原理公式的理解关键在于对各物理量意义的理解。

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讲述：当时这一观点超出了人们的想象，不被人们所接受，历史上类似的事例我们还知道那些？

学生回答：伽利略的两个铁球同时落地等。

点评：使学生了解正确的知识理论往往并不是一提出就能被大家所接受的。

教师：让学生带着问题阅读课本有关内容，为什么德布罗意波观点很难通过实验验证？又是在怎样的条件下使实物粒子的波动性得到了验证？

4．物质波的实验验证

提问：粒子波动性难以得到验证的原因？

学生阅读教材后回答：宏观物体的波长比微观粒子的波长小得多，这在生活中很难找到能发生衍射的障碍物，所以我们并不认为它有波动性．作为微观粒子的电子，其德布罗意波波长为10－10m数量级，找与之相匹配的障碍物也非易事．

点评：让学生知受实际条件的限制而使很多理论在开始都处于假设阶段，不易被人们接受。

例题：某电视显像管中电子的运动速度是4.0×10m/s；质量为10g的一颗子弹的运动速度是200m/s．分别计算它们的德布罗意波长．

引导学生分析，学生解答：根据公式h/p计算得1.8×10-11m和3.3×10-34m 点评：通过具体计算使学生对实物粒子的德布罗意波长有感性认识，进一步理解实物粒子波动性验证的困难。

说明：由计算结果知，通常生活中观察不到实物波动特性征的原因。展示演示文稿资料：电子波动性的发现者———戴维森和小汤姆逊

（电子波动性的发现,使得德布罗意由于提出实物粒子具有波动性这一假设得以证实,并因此而获得1929年诺贝尔物理学奖.而戴维森和小汤姆逊由于发现了电子的波动性也同获1937年诺贝尔物理学奖）

学生阅读有关物理学历史资料，了解物理学有关知识的形成建立和发展的真是过程。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。

教师：讲述电子衍射实验：1927年，两位美国物理学家使电子束投射到镍的晶体上，得到了电子束的衍射图案．从而证实了德布罗意的假设。

学生了解更具体的相关历史资料。

点评：增加真实感，使学生初步体会如何创造条件进行科学实验探索，体会其中的奇妙爱学啦高中学习网 www.xiexiebang.com 海量资源等你下载 之处。

讲述：除了电子以外，后来还陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性。点评：引用更多实验事实来增强对理论的证明。

提问：衍射现象对高分辨率的显微镜有影响否？如何改进？ 学生阅读课本材料：显微镜的分辨本领。

点评：对所学知识进行拓展，加强对实际生产生活应用的联系。

（三）课堂小结

教师活动：本节课我们学习了光的本质，即光是一种物质，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。注意对光的本质的全面把握。学习了得到实验事实验证的实物粒子波动性，其对应的波称之为物质波，注意掌握物质波的计算公式。

点评：反思小节为学生提供本节内容的主要知识框架，有利于学生对所学知识的及时巩固和知识重点的把握。

（四）作业：

复习本节教材43页“问题与练习”中各题，预做回答。

点评：加深对课堂所学知识的理解和掌握，联系实际对所学内容进行应用。★教学体会

本节课作为近代物理部分内容，比较抽象，学生没有生活经验和感观认识，也没有演示实验可以做，在课堂上注意以学生为主导，通过补充的一些史料，加深学生感受，让学生阅读思考后归纳得出结论，同样能收到好的效果。

（1）在有关事实和已知观点基础下，归纳光的本性，培养学生注意全面把握物理规律和全面把握物理规律的能力。

（2）课本材料和补充的史料让学生先行阅读，通过思考、辨析后归纳得出正确结论，比教师一人讲解更具有真实感和说服力。同时也培养了学生阅读材料提取有关信息的能力。

（3）对于难以理解的粒子的波动性，并且实际条件不允许进行实验验证，必须充分展示真实的历史资料，加强说服力。同时通过对历史上创造条件进行实验验证的方法学习，使学生初步体会如何创造条件进行科学实验探索，体会其中的奇妙之处，增强进行科学探索的兴趣。

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第五篇：17.3高三物理崭新的一页：粒子的波动性教案（定稿）

（二）进行新课

1、光的波粒二象性

教师：讲述光的波粒二象性。在学生的辨析说明下进行归纳整理。

（1）我们所学的大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。

光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。（2）光子在空间各点出现的概率遵从波动规律，物理学中把光波叫做概率波。点评：通过学生归纳总结形成结论，教师再进行讲解，学生容易接受。充分注重知识的学生自主形成过程。

2、光子的能量与频率以及动量与波长的关系。

hv ph/

让学生找到更多的关系公式：ph/＝hv/v/c

提问：受此启发，人们想到：同样作为物质的实物粒子(如电子、原子、分子等)是否也具有波动性呢？

学生阅读课本“粒子的波动性”。

点评：让学生带着问题阅读，提高阅读的效率，培养学生从课文材料中提取有关信息的能力。

3、粒子的波动性

提问：谁大胆地将光的波粒二象性推广到实物粒子？只是因为他大胆吗？

学生回答：法国科学家德布罗意考虑到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的成功，大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子。

展示演示文稿资料：有关德布罗意。

点评：使学生了解对知识理论的推广和假设并不是一味 的凭空猜想，而是有一定的理论或事实基础。

（1）德布罗意波

实物粒子也具有波动性，这种波称之为物质波，也叫德布罗意波。（2）物质波波长

hhE＝

pmvp提问：各物理量的意义？

学生回答：为德布罗意波长，h为普朗克常量，p为粒子动量。点评：对物理原理公式的理解关键在于对各物理量意义的理解。

讲述：当时这一观点超出了人们的想象，不被人们所接受，历史上类似的事例我们还知道那些？

学生回答：伽利略的两个铁球同时落地等。

点评：使学生了解正确的知识理论往往并不是一提出就能被大家所接受的。

教师：让学生带着问题阅读课本有关内容，为什么德布罗意波观点很难通过实验验证？又是在怎样的条件下使实物粒子的波动性得到了验证？

4．物质波的实验验证

提问：粒子波动性难以得到验证的原因？

学生阅读教材后回答：宏观物体的波长比微观粒子的波长小得多，这在生活中很难找到能发生衍射的障碍物，所以我们并不认为它有波动性．作为微观粒子的电子，其德布罗意波波长为10－10m数量级，找与之相匹配的障碍物也非易事．

点评：让学生知受实际条件的限制而使很多理论在开始都处于假设阶段，不易被人们接受。

例题：某电视显像管中电子的运动速度是4.0×107m/s；质量为10g的一颗子弹的运动速度是200m/s．分别计算它们的德布罗意波长．

引导学生分析，学生解答：根据公式h/p计算得1.8×10-11m和3.3×10-34m 点评：通过具体计算使学生对实物粒子的德布罗意波长有感性认识，进一步理解实物粒子波动性验证的困难。

说明：由计算结果知，通常生活中观察不到实物波动特性征的原因。展示演示文稿资料：电子波动性的发现者———戴维森和小汤姆逊

（电子波动性的发现,使得德布罗意由于提出实物粒子具有波动性这一假设得以证实,并因此而获得1929年诺贝尔物理学奖.而戴维森和小汤姆逊由于发现了电子的波动性也同获1937年诺贝尔物理学奖）

学生阅读有关物理学历史资料，了解物理学有关知识的形成建立和发展的真是过程。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。

教师：讲述电子衍射实验：1927年，两位美国物理学家使电子束投射到镍的晶体上，得到了电子束的衍射图案．从而证实了德布罗意的假设。

学生了解更具体的相关历史资料。

点评：增加真实感，使学生初步体会如何创造条件进行科学实验探索，体会其中的奇妙

之处。

讲述：除了电子以外，后来还陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性。点评：引用更多实验事实来增强对理论的证明。

提问：衍射现象对高分辨率的显微镜有影响否？如何改进？ 学生阅读课本材料：显微镜的分辨本领。

点评：对所学知识进行拓展，加强对实际生产生活应用的联系。

（三）课堂小结

教师活动：本节课我们学习了光的本质，即光是一种物质，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。注意对光的本质的全面把握。学习了得到实验事实验证的实物粒子波动性，其对应的波称之为物质波，注意掌握物质波的计算公式。

点评：反思小节为学生提供本节内容的主要知识框架，有利于学生对所学知识的及时巩固和知识重点的把握。

（四）作业：

复习本节教材43页“问题与练习”中各题，预做回答。

点评：加深对课堂所学知识的理解和掌握，联系实际对所学内容进行应用。★教学体会

本节课作为近代物理部分内容，比较抽象，学生没有生活经验和感观认识，也没有演示实验可以做，在课堂上注意以学生为主导，通过补充的一些史料，加深学生感受，让学生阅读思考后归纳得出结论，同样能收到好的效果。

（1）在有关事实和已知观点基础下，归纳光的本性，培养学生注意全面把握物理规律和全面把握物理规律的能力。

（2）课本材料和补充的史料让学生先行阅读，通过思考、辨析后归纳得出正确结论，比教师一人讲解更具有真实感和说服力。同时也培养了学生阅读材料提取有关信息的能力。

（3）对于难以理解的粒子的波动性，并且实际条件不允许进行实验验证，必须充分展示真实的历史资料，加强说服力。同时通过对历史上创造条件进行实验验证的方法学习，使学生初步体会如何创造条件进行科学实验探索，体会其中的奇妙之处，增强进行科学探索的兴趣。