5.3量子化现象（教案）

第三节 量子化现象
(一)教学目标
1．知识与技能
(1)初步了解微观世界中的量子化现象，知道量子论的主要内容．
(2)知道宏观物体和微观粒子的能量变化特点，了解光的波粒二象性．
(3)知道量子论的建立不仅是物理学的革命，也对人类认识世界和科技发展具有重要影响．
2．过程与方法
(1)通过了解经典物理学能量连续性观点在解释“黑体辐射”现象时的失败，体会普朗克提出量子假说的伟大意义．
(2)通过了解“光电效应”实验与经典物理学理论的矛盾，体会爱因斯坦的光子说对光的本性的揭露．
(3)通过了解光的波粒二象性和氢原子光谱，使学生知道微观世界能量量子化的特征，从而使学生认识到：量子论的观点是作为现代人认识客观世界的重要方法．
(4)通过列举量子论的发展所带来的科学技术的重大变革和对其他自然学科领域的影响，体会量子论对人类认识世界的深远影响．
3．情感、态度与价值观
(1)通过了解量子论的建立和发展过程，使学生体会科学家们探求真理的无限艰辛和他们非凡的创造性思维的光芒，使学生不仅从中获取科学知识，更受到科学思维的熏陶．引导学生善于逆向思维，培养思维的灵活性、发散性和创造性．
(2)关注量子物理对我们生活所造成的影响，体会量子物理对20世纪科学技术领域和人类文明进步所造成的影响．
(3)引导学生沿着前辈科学家的足迹，去体验他们是如何由实验事实出发，尊重经验事实对理论的检验，从而一步步登入微观世界的大门，感受科学家客观求实、理性追求、批判创新的精神，培养学生敢于质疑的科学品质．
(4)通过了解并体会科学假说在物理学理论研究、发展中的作用，学习科学假说的思想方法，培养创新思维．
（二）教学过程：
（引入）随着时代的进步、科技的发展，19世纪末20世纪初，在研究黑体辐射、光电效应、原子光谱和原子的稳定性等问题时发现，许多现象与经典物理学的观念产生了尖锐的矛盾，暴露了经典物理学的局限性，从而引发了物理学的另一场革命——量子论的建立，使人类对物质的认识有宏观世界进入微观世界。
*黑体辐射：能量子假说的提出
黑体辐射问题是19世纪末20世纪初物理学无法解决的几大问题之一。
黑体：如果一个物体能吸收照射到它上面的全部辐射而无反射，这种物体就称为黑体。
黑体辐射：是指黑体发出的电磁辐射。
能量子假说：物体发射（或吸收）能量时，能量不是连续的，而是一份一份的进行的；每一份就是一个最小的能量单位，称为“能量子”。
——德国物理学家普朗克（Max K.E.L.Plank,1858-1947）于1900年12月
能量子与频率v成正比
普朗克常量为h
*光子说：对光电效应的解释
当紫外线这一类波长较短的光照射金属表面时，金属便有电子逸出，这种现象称为光电效应。从金属表面逸出的电子称为光子。
光在传播过程中，也是不连续的，它由数值分立的能量子组成，爱因斯坦将这些能量子称为光量子，简称光子。
光电效应现象表明，光具有粒子性。
*光的波粒二象性：光的本性揭示
光的双缝干涉实验（见课本插图）
光的波粒二象性：大量的实验事实表明，光既具有波动性又具有粒子性，也就是光具有波粒二象性。
*原子光谱：原子能量的不连续
连续光谱：
（产生）由炽热的固体、液体、高压气体发光而产生。
氢原子光谱：
氢原子光谱表明：原子只能处于一系列不连续的能量状态，当原子从一种能量状态转化到另一种能量状态时，辐射（或吸收）一定频率的光子，辐射（或吸收）的光子的能量是不连续的。
知识结构：
*例题讲解：
【例1】、在做光的双缝干涉实验时，在光屏处放照相底片并设法减弱光的强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，则下列说法中哪些是正确的（ ）
A、若曝光时间不长，则底片上出现一些不规则分布的点
B、若曝光时间足够长，则底片上出现规则的干涉条纹
C、此实验表明光具有粒子性
D、此实验表明光具有波动性
【分析】、个别光子打在屏上是随机的，屏上出现不规则的亮点，说明光是一份一份的，表现出粒子性，大量光子形成明暗相间的条纹说明光能产生干涉现象，表现出波动性，此实验一方面观察到光的粒子性，又观察到光的波动性，故答案是A、B、C、D。
【例2】、为了验证光具有波动性，某同学采用下列做法，其中可行的是（ ）
A、让一束光照射到一个轻小物体上，观察轻小物体是否会振动
B、让一束光通过一狭缝，，观察是否发生衍射现象
C、观察两个小灯泡发出的光是否发生干涉现象
D、让一束光照射到金属上，观察是否发生光电效应
【分析】、光波是一种概率波，不能理解为质点参与的振动，故A错。经过狭缝的光在屏上能产生明暗相间的衍射条纹，故B正确。由于两个灯泡不是相干光源，我们实际上是不能看到干涉条纹的，故C错。射到金属上的光即使发生了光电效应也只能说明光具有粒子性，故D也不符合要求。
堂上练习：
1、光电效应表明（ ）
A、光是一种电磁波 B、光是一种高速粒子流
C、光具有粒子性 D、光具有波动性
2、对光的波粒二象性的理解正确的是（ ）
A、大量光子传播时往往表现出波动性
B、个别光子与其他物质作用时往往表现出粒子性
C、宏观上往往表现出粒子性
D、微观上往往表现出波动性
3、若用绿光照射某种金属时刚好能发生光电效应，则（ ）
A、改用频率较大的紫光照射仍能发生光电效应
B、改用频率较小的红光照射仍能发生光电效应
C、改用强度较弱的绿光照射仍能发生光电效应
D、改用强度很强的红光照射仍能发生光电效应
小结：
作业：
1、如果电子要从锌的表面逸出所需的能量为5.35×10-19J，试计算频率为2.46×1015Hz的紫外线能否使锌板发生光电效应？
2、用波长为200 nm的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是2.94eV，用波长为160 nm的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子的最大初动能是多少？
附练习答案：
(堂上练习)
1、C 2、AB 3、AC
(作业)
1、能， =16.3×10-19J > 5.35×10-19J
2、分析：第二次照射时光子的能量比第一次大，由于在两次照射中钨的逸出功是相同的，所以光电子的最大动能之差应该等于两次照射的光子的能量之差。
解：根据爱因斯坦光电方程：
对第一次照射，有
对第二次照射，有
两式相减，得，
即
波长为200 nm和波长为160 nm的光子频率为：
Hz Hz
Hz Hz
将各量代入得知第二次照射时光电子的最大动能为：
eV+eV=4.51eV
量子化现象
光子说
光子说对光电效应的解释
光子说
对干涉现象的解释
光的波粒二象性
光的本性
原子能量的不连续性
黑体辐射
能量子假说
能量子假说的提出
黑体辐射；