2017教科版高中物理选修（3-5）第3节《光的波粒二象性教案》word学案

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1、第三节光的波粒二象性课前自主学习1．光是一种电磁波，具有波动性，具有干涉和衍射等波所特有的性质．2．光子说：光不仅在发射和吸收时是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，光子的能量ε＝hν.3．康普顿效应(1)光的散射：光子在介质中和物体微粒相互作用，使光的传播方向发生偏转，这种现象叫光的散射．(2)康普顿效应：X射线经物质散射后波长变长的现象．4．光的波粒二象性(1)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性．(2)光的波动性的证明：光能发生干涉、衍射和色散等波特有的现象．(3)光的粒子

2、性的证明：光在与其他物质相互作用时，能量和动量是以一份一份的形式进行交换的．光电效应现象和康普顿效应证明光具有粒子性．5．光子的能量ε＝hν，动量p＝，两式左侧的ε和p描述光的粒子性，右侧的ν和λ描述光的波动性，两式把粒子性和波动性紧密地联系了起来．6．光是一种概率波在双缝干涉实验中，屏上亮纹的地方，是光子到达概率大的地方，暗纹的地方是光子到达概率小的地方．所以光波是一种概率波，即光波在某处的强度代表着光子在该处出现概率的大小.教学目标：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

3、性；知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。3．了解物理真知形成的历史过程，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。知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。4．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。5．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。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

4、动性的理解。设计思想：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。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。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。教学方法学生阅

5、读－讨论交流－教师讲解－归纳总结教学资源：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。教学设计：学习活动一：通过自主阅读教材了解康普顿效应问题1：什么是康普顿效应？（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

6、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射线的波长无关，=0.0241Å=2.41×10-3nm（实验值）称为电子的Compton波长只有当入射波长与可比拟时，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。问题2：康普顿效应现象说明了什么？（1）经典电磁理论在解释康普顿效

7、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无法解释波长改变和散射角的关系。（2）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

8、射角有关（3）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