第2节光的粒子性

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(完整版)光的波粒二象性教案

光的波粒二象性教案示例一、教学目标1．知识目标（1）了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题．（2）了解波动说的基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．能力目标培养学生对问题的分析和解决能力，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认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程．根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说．人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识光的本性的．二、重点、难点分析1、这一章的内容，贯穿一条主线——人类对光的本性的认识的发展过程．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，还可以对学生进行唯物辩证思想教育．本节就课本内容，十分简单，学生学起来十分枯燥．课本所提到的内容，都是结论性的，加入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经验，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密切相关的．人类在对光学现象、规律的研究的同时，也开始了对光本性的探究．到了17世纪，人类对光的本性的认识逐渐形成了两种学说．（一）光的微粒说一般，人们都认为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细微而迅速运动的大小不同的粒子”，这些粒子被发光体“一个接一个地发射出来”．用这样的观点，解释光的直进性、影的形成等现象是十分方便的．在解释光的反射和折射现象时，同样十分简便．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分量方向变化，但大小不变；水平分量的大小和方向均不发生变化（因为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实验事实吻合的结论．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，必须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．何种情况发生反射，何种情况下又发生折射呢？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结构和状态之中．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，容易透过下一个折射面，而在它（相继）两次复发之间容易被这个面所反射”，“我将把任何一条光线返回到倾向于反射（的状态）称它为‘容易反射的猝发’，而把它返回到倾向于透射（的状态）称它为‘容易透射的猝发’，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’”．如果说“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，以波的形式向四周围传播．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弥漫于一切地方的“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：“假如注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，决不可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纹．发光体中的每一个微粒把振动，通过“以太”这种介质向周围传播，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．当然，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”方便得多，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．现代光速的测定表明，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光速较小．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．当然，光的波动说在解释光的直进性和何以能在传播时，会在不透明物体后留下清晰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，因而微粒说一直占主导地位，波动说发展很缓慢．人类对光本性的认识，还期待新的现象的发现．直到19世纪初，人们发现了光的干涉现象，进一步研究了光的衍射现象．干涉和衍射是波动的重要特征，从而光的波动说得到迅速发展．人类对光的本性的认识达到一个新的阶段．（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．他根据他所做过的大量实验和缜密的思考，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？”他同时还提出：“扔一块石头到平静的水面中，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颤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，与此相似，当光线射到任何透明体的表面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，激起振动和颤动的波，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，牛顿还多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．究竟谁是谁非，牛顿认为“我只是对尚待发现的光和它对自然结构的那些效果开始作了一些分析，对它作了几点提示，而把这些提示留待那些好奇的人们进一步去用实验和观察来加以证明和改进．”牛顿的严谨，兼收并蓄的科学态度是值得我们学习的，恐怕这也是他成为物理学大师的原因之一．（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涉实验时，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、左侧图片清晰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（对于波的干涉即为干涉加强区），说明光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律进行解释．得出：光波是一种概率波，概率表征某一事物出现的可能性．2、让学生回忆在研究分子热运动时做过的伽尔顿板实验：教师总结：伽尔顿板实验中，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、思考与讨论：（书中的思考）根据你的理解，说明概率的意义，举出几个日常生活中的或科学中的事例，说明哪些事件是个别出现时看不出什么规律，而大量出现时则显示出一定的规律性．教师总结：生活中，涉及概率统计的事件很多，例如：在研究分子热运动时，研究单个分子的运动是毫无意义的，需要研究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——仍然考虑双缝干涉实验当光源和感光胶片之间不可能同时有两个和多个光子时，长时间曝光得到的照片仍然和光源很强、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，而我们的经验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研究光子的规律．随着人类认识的范围不断扩大，不可能直接感知的事物出现在我们的眼前，需要我们建立新的模型，提出新的理论来进行研究，对于一种模型，只要能与实验结果一致，它就能在一定范围内表示所研究对象的规律．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索精神，是激励学生学习的动力．自本节起，其后的物理各章节中，包含了大量的物理学史内容．充分利用这些宝贵资料，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行辩证唯物主义思想教育，以利于对学生的科学素质和创造性精神的培养．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：干涉，衍射，光电效应，波粒二象例2根据光与水波的类比，试解释在浅海滩边，不论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：因为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．如果光在折射率逐渐递增的连续介质中传播，可以设想把连续介质分成许多薄层，光从折射率较小的薄层逐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，波速也逐渐减小，根据与光的类比，仿佛进入折射率逐渐增大的介质，所以它的传播方向跟垂直海岸的方向线之间的夹角也逐渐减小，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．讨论：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认识到光的本性，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。

高二人教版物理-5课件第17章波粒二象性第1、2节

第十七章第一节第二节
成才之路 ·高中新课程 ·学习指导 ·人教版 ·物理 ·选修3-5
3．黑体辐射的实验规律黑体辐射电磁波的强度按波长温度有关，如图的分布只与黑体的_____
所示。
(1)随着温度的升高，各种波长增加；的辐射强度都_____ (2)随着温度的升高，辐射强度较短的方向移动。的极大值向波长_____
黑体与黑体辐射 1.热辐射电磁波，这种辐 (1)定义：我们周围的一切物体都在辐射________ 温度有关，所以叫热辐射。射与物体的_____ (2)特征：热辐射强度按波长的分布情况随物体的_____ 温度而有所不同。 2．黑体 (1)定义：如果某种物体在任何温度下能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体， __________________ 简称黑体。 (2)黑体辐射的特征：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布温度有关。只与黑体的_____
如图所示，把一块锌板连接在验电器上，用紫外线灯照射
锌板，观察到验电器的指针发生了变化，这说明锌板带了电。你知道锌板是怎样带上电的吗？
第十七章
第一节
第二节
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知识自主梳理
第十七章
第一节
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第十七章
第一节
第二节
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2．光电子电子。光电效应中发射出来的_____
3．光电效应的实验规律
(1)存在着饱和光电流：在光的颜色不变的情况下，入射光越强，_____ 饱和电流越大。这表明对于一定颜色的光，入射光越光电子数越多。强，单位时间内发射的__________ (2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的最大初动能与入频率有关，而与入射光的_____ 强弱无关，当入射光的频率射光的_____

人教版高中物理选修3-5学案设计-第十七章第一、二节能量量子化光的粒子性

第十七章波粒二象性〔情景切入〕1990年，德国物理学家普朗克提出了一个大胆的假设：粒子的能量只能是某一最小能量值的整数倍。

这一假说不仅解决了热辐射问题，同时也改变了人们对微观世界的认识。

光在爱因斯坦的眼里成了“粒子”，电子、质子等在德布罗意看来具有了波动性……光到底是什么？实物粒子真的具有波动性吗？让我们一起进入这种神奇的微观世界，去揭开微观世界的奥秘吧。

〔知识导航〕本章内容涉及微观世界中的量子化现象。

首先从黑体和黑体辐射出发，提出了能量的量子化观点，进而通过实验研究光电效应现象，用爱因斯坦的光子说对光电效应的实验规律做出合理解释，明确了光具有波粒二象性，进而将波粒二象性推广到运动的实物粒子，提出了德布罗意波的概念，经分析和研究得出光波和德布罗意波都是概率波以及不确定性关系的结论。

本章内容可分为三个单元：(第一～二节)主要介绍了能量量子化和光的粒子性；第二单元(第三节)介绍了粒子的波动性；第三单元(第四～五节)介绍了概率波和不确定性关系。

本章的重点是：普朗克的能量量子化假设、光电效应、光电效应方程、德布罗意波。

本章的难点是：光电效应的实验规律和波粒二象性。

〔学法指导〕1．重视本章实验的理解。

本章知识理论性很强，涉及的新概念较多，也比较抽象，但它们作为物理量都有其实验事实基础，所以在学习时要结合实验来理解它们，就不会觉得那么抽象。

2．注意体会人类认识微观粒子本性的历史进程。

人类认识微观粒子本性的进程是波浪形的，在曲折中前进，旧的理论总是被新发现、新的实验事实否定，为解释新实验事实又提出新的理论。

光电效应和康普顿效应证明了光是一种粒子，但光的干涉和衍射又证明了光是一种波，因此光是一种波——电磁波，同时光也是一种粒子——光子。

也就是说光具有波粒二象性。

光在空间各点出现的概率是受波动规律支配的，因此光是一种概率波。

3．学习本章知识会用到以前学过的知识，如光的干涉、衍射，弹性碰撞、动量定理和动能定理等，因此可以有针对性地复习过去的这些知识，对顺利学习本章内容会有帮助。

第1节能量量子化第2节光的粒子性

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针对训练 2 1: 2010 年浙江理综) ( 在光电效应实验中, 飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线( 甲光、乙光、丙光)如图所示.则可判断出( , )
A.甲光的频率大于乙光的频率 B.乙光的波长大于丙光的波长 C.乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 D.甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能
答案: 变长 1
①宏观世界中物体间的相互作用过程中所遵循的规律, 也适用于微观粒子的相互作用过程; ②康普顿效应进一步揭示了光的粒子性, 也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性.
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针对训练 3 1: 科学研究证明, 光子有能量也有动量, 当光子与电子碰撞时, 光子的一些能量转移给了电子.则在光子与电子的碰撞过程中, 下列说法中正确的是( )
增加 ; ②随着温度的升高, 辐射强度的极大值向波长较短的方向移动.
1 ○随着着温度的升高,各种波长的辐射强度都有
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2. 能量子 (1)定义: 普朗克做出了这样的大胆假设: 振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍. 当带电微粒辐射或吸收能量时, 也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的. 这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子. -34 (2)表达式: ε=hν, 其中 h是一个常量, 称为普朗克常量 , 其值为 h= 6. 626×10 J·s, ν是电磁波的频率 . 3. 能量量子化普朗克认为, 微观粒子的能量是量子化的, 或说微观粒子的能量是分立的.
思路点拨: 光电流的方向与光电子定向移动的方向相反; 由光电效应方程求解光电子的最大初动能; 由光电流大小求解入射的光子数.

光电效应波粒二象性

第二节光电效应波粒二象性[知识要点]（一）基本概念（1）光电效应：金属及其化合物在光（包括不可见光）的照射下，释放电子的现象叫做光电效应。

（2）光电子：在光电效应现象中释放出的电子叫做光电子。

（3）光电流：在光电效应现象中释放出的光电子在外电路中运动形成的电流叫做光电流。

（二）光电效应的规律（斯托列托夫）（1）任何一种金属，都有一个极限频率（又叫红限，以0表示），入射光的频率低于这个频率就不能发生光电效应。

（2）光电子的最大初动能（E km =212m mv ）跟入射光的强度无关，只随入射光的频率的增大而增大。

（3）从光开始照射，到释放出光电子，整个过程所需时间小于3×10-9s 。

（4）当发生光电效应时，单位时间、单位面积上发射出的光电子数跟入射光的频率无关，跟入射光的强度成正比。

（三）光子说（爱因斯坦）在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子。

每个光子所具有的能量跟它的频率成正比，写作为E hv =或 cE h λ=式中 ——光的频率；——光的波长；C ——光在真空中的速度；h ——普朗克恒量，等于6.63×10-34J ·S 。

（四）实验和应用（1）如图13-10所示，紫外线（或弧光灯的弧光中的紫外线）照射表面洁净的锌板，使锌板释放电子，从而使锌板、验电器带正电、验电器的指针发生偏转。

（2）光电管。

如图13-11所示，光电管是光电效应在技术上的一种应用。

它可以把光信号转变为电信号。

（五）光的本性的认识（1）光的本性的认识过程。

17世纪的两种对立学说：牛顿的微粒说——光是实物粒子惠更斯的波动说——光是机械波19世纪的两种学说：麦克斯韦（理论上）、赫兹（实验证实）——光是电磁波、光的波动理论。

爱因斯坦（光子说）、密立根（实验证实）——光是光子、光具有粒子性。

（2）光的波粒二象性。

光既具有粒子性又具有波动性，两种相互矛盾的性质在光子身上得到了统一。

光的粒子性和电子的波动性

(λ，T)来表示物体的吸收本领。
它定义为物体在温度T时，有波长为 λ的光入射，被物体吸收的该波长的光能量与入射的该波长的光能量之比。
如果 (λ，T)=1，我们就称这种物体
叫黑体.
黑体能够吸收射到它表面的全部电磁辐射
2
图1.1.1 空腔小孔
向远处观察打开的窗子近似黑体
普朗克 (1858—1947) 德国人 (60岁获诺贝尔奖)
19
§1.2光电效应与爱因斯坦光量子理论
1.2.1光电效应实验规律
当光束照射在金属表面上时，使电子从金属中脱出的现象，叫做光电效应。
截止电压与电子的动能满足关系
(1.2.1)
1.2.1 光电效应装置图
张延惠原子物理
34
康普顿在做康普顿散射实验
35
康普顿
(1892-1962)
美国人
吴有训(1897—1977)
物理学家、教育家
中国科学院副院长
清华大学物理系主任、
理学院院长
1928年被叶企孙聘为清华大学物理
系教授
对证实康普顿效应作出了重要贡献
，在康普顿的一本著作中曾19处提
到吴的工作
36
§1.4德布罗意波与电子衍射
图1.2.2 截止电压与频率的关系
22
1.2.2 爱因斯坦光子假说
(1.2.2) (1.2.3)
23
将(1.2.3)式代入(1.2.1)式，可得：
(1.2.4)
如果作出eV0随ν变化的直线，该
直线的斜率便是h。1916年密立
根 (R·A·Milikan) 用这一方法求
3
红外夜视仪
4
5
1859年基尔霍夫(G·R·Kirchhoff)指出：任何

第二节光的粒子性

四.康普顿效应
康普顿正在测晶体对X 射线的散射
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！
五.康普顿效应解释中的疑难
1.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。
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。
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。
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。
遏止电压与光强无关，与频率有关
当入射光照射到光电管的阴极时，无论光强怎样微弱，几乎在一开始就产生了光电子
例题讲解
1.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，如图所示，
这时( )B
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
因为光照条件一定时，K发射的电子数目一定。
实验表明：
入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越多。
一.光电效应的实验规律
(2)存在遏止电压和截止频率
a.存在遏止电压UC：使光电流减小到零的反向电压。
U=0时，I≠0，因为电子有初速度 A

光电子技术课件ppt2[1]

22
θ1
B
半波带 a 半波带
2
21′′
1 2 1′
2′
半波带半波带
A λ/2
两个“半波带”上发的光在P处干涉相消
形成暗纹。 • 当a sin 时3，可将缝分成三个“半波带”
2
Bθ
a
P处近似为明纹中心
A
2024/10/13
λ/2
光电子技术与应用
23
• 当 a sin 2 时,可将缝分成四个“半波
I I1 I2 2 I1I2 cos ,
若 I1 = I2 = I0 ,
则
I
4I0
cos 2
2
( d sin 2 )
I
4I0
光强曲线
2024/10/13
-4 -2 0 2 4
-2 -1 0 1 2 k
x -2 x -1 0
x1
x2
x
-2 /d - /d 0 /d 2 /d sin
光电子技术与应用
E0 sin 2
2
E0 △Φ
令 a sin
2
有
Ep
E0
sin
又
I
E
2 p
，I0 E02
P点的光强
I
I0
sin
2
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光电子技术与应用
27
由得
I
I0
sin
2
可
(1) 主极大（中央明纹中心）位置：
0处， 0 sin 1 (2) 极小（暗纹）位置：
f
a
a
——衍射反比定律
2024/10/13
光电子技术与应用
sin I

第二节光的粒子性(2课时)

康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中，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” 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。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。
光子理论对康普顿效应的解释
Байду номын сангаас
康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果光子不仅有能量还有动量
光子的能量和动量
hν ∴ m = 2 c hν hν h = ∴ P = mc = 2 • c = c c λ
Q E = mc
2
E = hν
光子的能量和动量
E = hν
P = h
动量能量是描述粒子的, 动量能量是描述粒子的, 频率和波长则是用来描述波的
康普顿效应
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 1.根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，根据经典电磁波理论带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，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。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。无法解释波长改变和散射角的关系。
康普顿效应
1.光的散射: 1.光的散射: 光的散射
光在介质中与物质微粒相互作用, 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方向发生改变,这种现象叫做光的散射
2.康普顿效应 2.康普顿效应
1923年康普顿在做射线通过物质散射的实验时， 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，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，射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，有关而与入射线波长和散射物质都无关。而与入射线波长和散射物质都无关。

高中物理(人教大纲版)第三册第二十一章电子论初步二、光的波粒二象性(第一课时)

第二节光的波粒二象性●本节教材分析与过去的教材相比，新教材无论是从内容编写还是练习的设置上显然都更加重视对光的本性认识的总体方法、宏观思想如连续性与分立性思想、概率思想；尊重实验，打破日常经验思想的渗透.即不仅让学生知道光具有波粒二象性，同时要通过实验和举例让学生深刻领会光波不是宏观观念中的水波、绳波等机械波模型，而是一种几率波.要让学生认识实验是检验真理的惟一标准.人的直接经验十分有限，在这种情况下我们就要设想一种模型，尽管以日常经验来衡量，这个模型的行为十分古怪，但是只要能与实验结果一致，它就能够在一定X围内正确代表所研究的对象.●教学目标一、知识目标1.了解事物的连续性与分立性是相对的.2.了解光既具有波动性，又具有粒子性.3.了解光是一种概率波.二、能力目标1.能自己举出实例理解连续性与分立性是相对的.2.能通过日常和实验事例理解概率的意义.3.能领会课本的实验意义.三、德育目标通过本节课的学习，领会实验是检验真理的惟一标准；体会我们惟有敢于打破旧的传统的经验才能有所创新、有所发现.●教学重点1.光具有波粒二象性.2.光是一种概率波.●教学难点1.概率概念.2.光波是概率波.●教学方法在学生阅读课文及《康普顿效应》材料的基础上对分立性和连续性、概率、光波是概率波等问题展开课堂讨论.由学生回答课本提出的问题，最后由教师归纳，统一认识.●教学用具CAI课件●课时安排1 课时●教学过程一、引入课题——光的波粒二象性.〔板书课题〕二、新课教学“思考与讨论〞及练习二的〔1〕、〔2〕、〔3〕［用时15′］〔二〕课堂讨论［教师］谁能仿照课本的例子举例说明分立性与连续性是相对的.［学生相互讨论］［学生甲］在地上撒一把米，这些米看起来是分立的，如果直接倒几筐米组成米堆时，测一堆米的体积可以认为它是连续的.［学生乙］下雨天，一开始是雨点，是分立的，下大了以后，就变成了连续的了.［教师］说的非常好，记得我们学习气体的压强时打过这个比方.雨下大了以后在伞上将产生持续的或者说是连续的压力，对不对？［学生］对.［教师］还有吗？［学生丙］课本的实验，当曝光量很少时，在胶片上是一个一个的点，这时光看起来是分立的.曝光量多的时候就变成亮带了，这时又是连续的.［教师］说的太好了，你分析的很到位.也就是当通过狭缝的光很少时，这时它们就像撒在地上的一把米粒，表现出什么性质？［学生齐答］粒子性.［教师］当曝光量很大时表现出…［学生齐］波动性.［教师归纳］少量光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性.［教师］我们现在来讨论概率的意义，概率表征某一事物出现的可能性.让我们来看看课本的思考题，你们能否举例说明有些事件个别出现时看不出什么规律，而大量出现时那么显示出一定的规律性？［学生热烈讨论，有的那么在思考，用时2分钟］［教师］有想发言的吗？［学生想不出事例］［教师启发］课本介绍了在热学一章研究过的伽尔顿板，还记得当时是为分析什么问题？［学生甲］好像是分子热运动的速率.［教师］对.我们知道，温度升高时，不一定每个分子运动的速率都增加，但多数分子的速率在某一个值附近.随着温度的升高这一值会向速率大的方向移动，如图21—4也就是说，个别分子的运动是完全无规律的，但对大量分子所做的统计分析却表现出一种规律——即概率规律.图21—4［教师］有没有在街上看到过一种小的赌博用的像伽尔顿板的东西？你用弹簧把玻璃球弹出.球在钉子间运动最后落在哪一个洞里就得到相应的奖品？［有的学生兴趣盎然地说看过，有人说试过］［教师］明白吗？那也是利用了概率的原理，贵一点的奖品总是在球进去概率比较小的那一格.虽然有个别人会拿到，但对大多数人来说，却只能是赔钱的，轮盘赌也是一样.［学生乙］买彩票也是一样.［教师］对了，所以我们说勤劳致富的概率才是最大的，像上面说的都是可遇不可求的东西.［学生笑］［教师］回到我们课本的实验上来，当曝光量很大时，实验就得到了丁图，那些亮条纹就是光子到达概率多的地方，理解了吗？［学生］理解了.［教师］让我们首先来想这个问题，光波和机械波有什么不同？［学生甲］机械波在介质中传播，光波可以在真空中传播.不需要介质.［教师］对.比如绳波在绳中传播，是靠一部分对另一部分的作用来使振动传播开去的.但是我们能不能这样设想.相邻的光子之间也有一种相互作用从而形成光波呢？［学生乙］课本已有实验证明了不是这个原因.当每次只让一个光子通过狭缝时，仍然会出现相同的实验结果.［教师］你对课本领会的很好.那么光波确实是和机械波不同了，但是非常奇妙的是，在光的干涉中那些出现明条纹的地方和利用机械波的干涉公式计算的结果刚好又是相符的，即光子在空间各点出现的可能性的大小，可以用波的规律来描述.从这个意义上来说，我们说光是一种波.但光波的干涉图景实际上并非是水波那样波峰和波峰叠加、波峰和波谷叠加的图景.明条纹只是光子到达概率大的地方.尽管这些人觉得不可思议，但这是实验事实，我们必须接受.4.归纳光具有波动性也具有粒子性，但它既不是宏观观念的波，也不是宏观观念中的粒子.〔三〕课堂巩固训练分别让学生简述练习二的〔1〕〔2〕〔3〕题［过程略］〔四〕知识拓展为了让学生更好地体会光的本质，提供一份光的本性认识发展简史让学生阅读：光的本性认识史一部光学说的发展史，就是人类认识光本性的认识史.让我们再次作一个简略的回顾，肯定比第一课有更深刻的理解.光的干涉、衍射有力地证明光是一种波.但它是一种什么性质的波呢？两种不同的光波理论——把光看作是某种在介质中传播的波.这是一种典型的机械波观念，需借助介质，且波是连续的.——把光波看作是一种电磁波两种观点的争论焦点是：光波传播是否需要介质？〔1〕寻找这种介质“以太〞的彻底失败〔本来无一物，何来自寻烦〕.〔2〕电磁波本身就是物质，自身携带能量，无须借助介质传播.〔3〕但还有另一个主要问题还未解决，光波是否就是电磁波？麦克斯韦的电磁场理论证明了电磁场的速度等于光速，并由此看到了两者间的联系.赫兹又从实验得到了证实，光的行为与电磁波的行为一致.从而在理论和实验上证明了光确实是一种电磁波.它揭露出光现象的电磁本质，把光、电、磁统一起来，加深了我们对物质世界的联系的认识.光的电磁说是对光的波动说的扬弃，保留了波的特质，抛弃了它机械振动、传播连续的成分.光电效应现象对光的电磁说提出了严重的挑战，使我们不得不再回到微粒说方面来.——把光看作沿直线传播的粒子流.它带有明显的机械运动的痕迹，也无法解释光的干涉、衍射这些现象.但这个学说中仍含有其合理的成分，这就是光的粒子性.4.爱因斯坦抛弃了牛顿微粒说中机械运动的成分，吸收了〔对方——波动说〕电磁辐射量子化的研究成果，把电磁辐射量子化转变、发展成为光行为的量子化，即光子说，重新恢复了光的粒子性的权威.但是，光子的物质性、不连续性并非牛顿微粒说意义下的实物粒子，光子没有静止质量，就个别光子而言，它与宏观质点的运动不同，没有一定的轨道，因而无法对个别光子的行为作出“科学的〞预测，它的行为不服从牛顿经典力学.光子说使光的粒子性有了新的内容.5.在对光本性的认识过程中，惠更斯的波动说和牛顿的微粒说是相互排斥、相互对立的.后来发展成为光的电磁说和光子说.人们发现，这两种相互对立的学说彼此都含有对方的成分，无法划清界线，更无法绝对独立，谁都不能说自己就是客观真理.光学说发展到此，已无法逃避辩证的综合.中国有句古话，叫做两极相通.人们终于明白，光的波动性的粒子性，不过是光这一客观事物矛盾对立的两个方面，它们共存于光这个统一体中，是矛盾的对立统一，彼此以对方存在为前提，这就是光的波粒二象性.它排除了非此即彼的形而上学观念〔这正是形式逻辑的重大特征！〕，建立了亦此亦彼的辩证观念，即在一定条件下承认非此即彼，在另一条件下又承认亦此亦彼.对光来说，一定条件下〔大量光子、传播过程、低频率光〕波动性上升为矛盾主要方面，那么波动性显著；而在另一条件下〔个别光子、光与物质作用、同频率光子〕粒子性上升为矛盾主要方面，那么粒子性显著.所谓彼一时也，此一时也，在微观世界里也存在着.在宏观物体来说不可思议的波粒二象性，在微观世界里却是真实的图景.矛盾啊！然而是事实.只有辩证思维才可以把握.恩格斯曾经指出：“常识在它自己的日常活动X围内是极可尊敬的东西，但它一跨入广阔的研究领域，就会遇到惊人的变故.形而上学的思维方式，虽然在相当广泛、各依对象的性质而大小不同的领域是正当的，甚至是必要的，可是它每一次迟早都要达到一个界限，一超过这个界限，它就要变成片面的、狭隘的，并且陷入不可解决的矛盾，…〔《反杜林论》P19)一切都依时间、地点、条件为转移，所以要对具体问题作具体分析，才能准确把握对象的情况，作出正确的认识.E=hν=h c/λ，光子有动量p=hν/c=h/λ，E、p是粒子特征，ν、λ是波的特征.它们共同揭示了光的波粒二象性，在这两个公式中，光的波粒二象性被很好地统一起来.彼此含有对方的成分，无法分开.〔2〕课文P251介绍了一个光的波粒二象性怎样统一起来的绝妙实验，从中得出个别光子的行为粒子性显著，大量光子的行为波动性显著.可见，对于宏观物体来说不可想象的波粒二象性，在微观世界中却是不可避免的事实.这里只有一个质的差别：不能把光波看作宏观力学中的介质波、连续波，也不能把光子当作宏观世界中的实物粒子、质点.随着研究对象的不同，我们的观念、方法也要变，宏观现象和微观现象的研究方法、理解方式是很不相同的.总之，要理解多种频率的电磁波〔或者说各种频率的光子〕，就必须综合运用波动观点和粒子观点，这是由于二者是光不可分割的的属性，即波粒二象性.至此，我们终于认识到微观世界具有的特殊规律.三、小结1.光波有一定的频率和波长.光子有一定的能量和动量，是矛盾对立的统一体，彼此含有对方的成分〔 E =h ν=hc ) 2.光在传播过程中波动性显著，在与物质作用时粒子性表现显著；大量光子的效果显示出波动性，个别光子的效果那么显示出粒子性；频率越低的光，波动性越显著，频率越高的光，粒子性越显著.四、布置作业：阅读课本该节内容五、板书设计六、本节优化训练设计A.有的光是波，有的光是粒子C.光的波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成是微观概念的粒子D.光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著3.以下关于光具有波粒二象性的表达中，正确的选项是B.光既具有波动性又具有粒子性，二者是统一的4.在以下现象中，说明光具有波动性的是—5所示，从烛焰P发出的光，穿过圆孔A射到屏M上，烛焰长比P到A的距离小得多，当A孔直径较大时，在屏M上将看到了一个亮圆斑，慢慢减小A孔的直径，直至约0.2 mm，在这过程中，屏上将依次看到的典型物理现象是________；继续减小A孔直径，使A孔缩小到只能使光子一个个地通过，放置照相底片.在曝光时间较短的条件下，照片上的景像应是________；假设曝光时间足够大，照片上的景象应是________.图21—55.烛焰的倒立的像，衍射条纹；不规那么分布的点子；明暗相间的干涉条纹。

陇东学院物理学专业课程标准

陇东学院物理学专业课程标准《量子力学》说明说明1．课的性质课的性质量子力学是物理本科专业必修的一门理论基础课程。

量子力学是反映微观粒子（分子、原子、原子核、基本粒子等）运动规律的理论。

本课程的作用是使学生掌握量子力学的基本原理和处理具体问题的一些重要方法，并初步具有用这些方法解决较简单问题的能力。

2．教学目的教学目的（1）使学生了解微观客体矛盾的特殊性和运动的规律性，初步掌握量子力学的基本原理和方法，以完备学生对物理规律的认识，为进一步学习、钻研打下必要的基础。

（2）使学生了解量子力学在物理学中的地位、作用和在近代物理中的广泛应用，加深和扩大学生在普通物理中学过的有关内容，以适应中学物理教学的需要，并能独立解决中学教学中所遇到的有关量子力学问题。

（3）以辩证唯物主义为指导，分析、阐述量子力学的建立过程，并使学生了解人类对微观客体的认识是一个逐步深化的过程。

通过学习，培养学生辩证唯物主义世界观、独立分析和解决问题的能力。

3．教学方法教学方法：：课堂讲授为主。

4．总学时总学时：：54545．教学内容第一章：绪论绪论（（总课时总课时：：4）要求和说明要求和说明：：通过本章的学习，使学生了解量子物理学发展简史，量子力学的研究对象及其特点；掌握微观粒子的波粒二象性。

第一节：经典物理学的困难（课时：1）（1）十九世纪末经典物理学所暴露出来的困难。

（2）量子力学的建立过程。

（3）量子力学的研究对象。

第二节：光的波粒二象性（课时：1）（1）光的波动性。

（2）光的粒子性。

第三节：原子结构的玻尔理论（课时：1）（1）氢原子的光谱规律。

（2）卢瑟福原子核式结构及其缺陷。

（3）原子结构的玻尔理论。

（4）玻尔、索末菲理论的缺陷。

第四节：微观粒子的波粒二象性（课时：1）（1）德布罗意假说。

（2）电子衍射实验。

（3）微观粒子的波粒二象性。

第二章：波函数和薛定谔方程波函数和薛定谔方程（（总课时总课时：：1010））要求和说明要求和说明：：通过本章的学习，应使学生掌握波函数的物理意义，薛定谔方程建立的过程及简单的应用。

光的波粒二象性2

光的波粒二象性教学目标一、知识目标（1）了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题．（2）了解波动说的基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．二、能力目标培养学生对问题的分析和解决能力，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．三、情感目标理解人类对光的本性的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程．根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说．人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识光的本性的．教学设计示例（一）光的波粒二象性一、教学目标1．知识目标（1）了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题．（2）了解波动说的基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．能力目标培养学生对问题的分析和解决能力，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认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程．根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说．人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识光的本性的．二、重点、难点分析1、这一章的内容，贯穿一条主线——人类对光的本性的认识的发展过程．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，还可以对学生进行唯物辩证思想教育．本节就课本内容，十分简单，学生学起来十分枯燥．课本所提到的内容，都是结论性的，加入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经验，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密切相关的．人类在对光学现象、规律的研究的同时，也开始了对光本性的探究．到了17世纪，人类对光的本性的认识逐渐形成了两种学说．（一）光的微粒说一般，人们都认为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细微而迅速运动的大小不同的粒子”，这些粒子被发光体“一个接一个地发射出来”．用这样的观点，解释光的直进性、影的形成等现象是十分方便的．在解释光的反射和折射现象时，同样十分简便．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分量方向变化，但大小不变；水平分量的大小和方向均不发生变化（因为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实验事实吻合的结论．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，必须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．何种情况发生反射，何种情况下又发生折射呢？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结构和状态之中．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，容易透过下一个折射面，而在它（相继）两次复发之间容易被这个面所反射”，“我将把任何一条光线返回到倾向于反射（的状态）称它为‘容易反射的猝发’，而把它返回到倾向于透射（的状态）称它为‘容易透射的猝发’，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’”．如果说“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，以波的形式向四周围传播．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弥漫于一切地方的“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：“假如注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，决不可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纹．发光体中的每一个微粒把振动，通过“以太”这种介质向周围传播，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．当然，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”方便得多，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．现代光速的测定表明，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光速较小．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．当然，光的波动说在解释光的直进性和何以能在传播时，会在不透明物体后留下清晰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，因而微粒说一直占主导地位，波动说发展很缓慢．人类对光本性的认识，还期待新的现象的发现．直到19世纪初，人们发现了光的干涉现象，进一步研究了光的衍射现象．干涉和衍射是波动的重要特征，从而光的波动说得到迅速发展．人类对光的本性的认识达到一个新的阶段．（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．他根据他所做过的大量实验和缜密的思考，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？”他同时还提出：“扔一块石头到平静的水面中，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颤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，与此相似，当光线射到任何透明体的表面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，激起振动和颤动的波，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，牛顿还多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．究竟谁是谁非，牛顿认为“我只是对尚待发现的光和它对自然结构的那些效果开始作了一些分析，对它作了几点提示，而把这些提示留待那些好奇的人们进一步去用实验和观察来加以证明和改进．”牛顿的严谨，兼收并蓄的科学态度是值得我们学习的，恐怕这也是他成为物理学大师的原因之一．（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涉实验时，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、左侧图片清晰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（对于波的干涉即为干涉加强区），说明光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律进行解释．得出：光波是一种概率波，概率表征某一事物出现的可能性．2、让学生回忆在研究分子热运动时做过的伽尔顿板实验：教师总结：伽尔顿板实验中，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、思考与讨论：（书中的思考）根据你的理解，说明概率的意义，举出几个日常生活中的或科学中的事例，说明哪些事件是个别出现时看不出什么规律，而大量出现时则显示出一定的规律性．教师总结：生活中，涉及概率统计的事件很多，例如：在研究分子热运动时，研究单个分子的运动是毫无意义的，需要研究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——仍然考虑双缝干涉实验当光源和感光胶片之间不可能同时有两个和多个光子时，长时间曝光得到的照片仍然和光源很强、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，而我们的经验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研究光子的规律．随着人类认识的范围不断扩大，不可能直接感知的事物出现在我们的眼前，需要我们建立新的模型，提出新的理论来进行研究，对于一种模型，只要能与实验结果一致，它就能在一定范围内表示所研究对象的规律．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索精神，是激励学生学习的动力．自本节起，其后的物理各章节中，包含了大量的物理学史内容．充分利用这些宝贵资料，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行辩证唯物主义思想教育，以利于对学生的科学素质和创造性精神的培养．教学设计示例（二）光的微粒说和波动说一、素质教育目标：（一）知识教学点：1．知道光的微粒说和波动说2．了解光的波动说和微粒说的发展史（二）能力训练点：1．通过实验现象的观察对比分析，注重观察能力的培养．2．通过对光本性发展史的认识，培养科学探索、质疑精神，提高科学素质．（三）德育渗透点：1．通过对光本性发展史的了解，使学生感受和体会物理学的研究方法，领略物理理论的形成过程和物理学家的思维方法．2．对光的波动说与微粒说的初步了解，培养学生的辩证唯物观点，激发学习兴趣，培养创新意识和创新精神．二、重点、难点、疑点及解决办法：本节课的内容，就课本而言，十分简单，而学生学起来比较枯燥抽象．但它是本章的开头.本章贯穿主线--人类对本性认识的发展过程．因而，上好这节课，对认识光的本性，提高学生的科学素质和培养创新精神十分必要．重点是了解人类对光本性认识的发展史，从而激发学生的学习兴趣，使学生受到辩证唯物主义教育，了解物理学的曲折发展过程和研究方法．初步认识光的波动性与粒子性，且光具有波粒二象性是学习的难点．要调动学生学习的积极性，使课堂变得生动活泼，增加较多的演示实验，穿插介绍物理学史是十分必要的．三、课时安排：本节内容：1课时四、教具准备：多功能激光仪投影仪多媒体课件五、学生活动设计：主要包括老师提出问题引导学生思考、讨论，观察实验，类比分析，归纳推理，质疑等，激发起兴趣，落实"以人为本，注重发展"的目标．六、教学步骤：（一）明确目标，引入课题：演示一：激光仪演示观察：光的直进、反射、折射、介质分界面上同时发生的反射与折射．演示二：激光器上演示在宽窄不同的三种单缝下所发生的直进、衍射现象等．演示三：单色光通过双缝屏所发生的干涉现象．在实验演示前可由老师先引导学生分析可能产生何种现象，然后演示观察，一方面检验所学知识的理解和应用能力，另一方面由于受所学知识的局限，对演示二与演示三所发生的现象产生惊奇，产生学习兴趣，可以激发求知欲．在此基础上老师提出：以上种种现象已经无法用光的直进、反射、折射等规律解释和说明，需要我们进一步弄清光的本质，光到底是什么？人类对光本性的探讨，从很早就开始了，不过这个问题并不简单，人类对光本性的认识经历了漫长而曲折的过程，直到十七世纪，人类对光本性的认识才逐渐形成了两种学说．（二）重点、难点的学习与目标的完成过程：1．光的微粒说：多媒体课件："关于光的本性问题，在1704年出版的《光学》一书中，牛顿认为光是从发光体发出的而且以一定速度向空间直线传播的微粒．这种看法被称为微粒说．牛顿用弹性小球撞击平面时发生反弹现象的类比，来解释光的反射现象，当光从空气进入透明介质时，由于介质对光微粒的吸引，使它们的速度发生变化，即造成光的折射．按这种解释，应该假设介质中的光速大于真空中的光速．当时，人们不能用实验方法测出光速，又因牛顿的威望，这种学说在18世纪取得了统治地位"．按照牛顿的微粒说，解释光的直进、影的形成、反射、折射十分方便，但一束光射到两种介质界面时，既有反射，又有折射．何种情况下反射，何种情况下折射？微粒说在解释时遇到很大的困难．2．光的波动说；教师讲解：“荷兰物理学家惠更斯在1678年写成的《光论》一书中，从光与声的某些相似性出发，认为光是在‘以太’介质中传播的球面纵波．‘以太’是一种假想的弹性介质，充满整个宇宙空间，这就是惠更斯的波动说．这种学说认为光是某种振动，以波的形式在‘以太’介质中的传播．按此学说解释光的折射时要假设介质中的光速小于真空中的光速．惠更斯成功地推导出了光的反射和折射定律．但是，‘以太’这种连续弹性介质，难以想象，给波动说本身造成了不可克服的困难．”光的波动说在解释光的直进和影子的形成原因时也遇到困难．可见，光的微粒说和波动说在解释光现象时，都各有成功的一面，但都不能完满地解释当时的一切光现象．直到19世纪初，人们发现了光的干涉、衍射，从而波动说得到很大发展．19世纪未，又发现了波动说不能解释的新现象--光电效应，证实了光的确又具有粒子性．人们终于认识到了光的本性--光具有波粒二象性．3．牛顿的辩证思想：牛顿虽然提倡了微粒说，但他并不排斥波动说．他根据所做过的大量实验和缜密的思考，提出了不少卓越而富有启发性的思想．如牛顿提出"周期性"概念，这是波动的一个特征，而惠更斯却否认波的周期性．因此，牛顿在它的微粒说理论中包容有波动说的合理因素．牛顿认为"我只是对尚待发现的光和它对自然结构的那些效果开始做了一些分析，对它做了几点提示，而把这些启示留等那些好奇的人们进一步去用实验和观察来加以证明和改进"．牛顿的严谨、兼收并蓄的科学态度值得我们学习．（三）总结扩展与作业布置：关于光本性的探索又一次证明了物理学是通过实验为基础发展起来的一门科学，物理学理论的形成经过实验→假说→实验→完善和发展假说……的辩证过程，这期间往往要经过几代科学家的努力．这种探索精神，是我们今天学习的动力，这种探索过程，使我们再次领略到物理学的研究方法和物理思想．布置学生预习下二节内容，提出预习目标，按课本要求自己观察所讲述的现象．七、参考资料：1．牛顿在1675年提出“光是一群难以想象的细微而迅速运动的大小不同的粒子”，这些粒子被发光体“一个接一个地发射出来”．2．为解释光在两种介质界面上同时发生的反射与折射，牛顿提出著名的“猝发理论”，他提出：“每一束光线在通过任何折射面时，便处于某种为时短暂的过渡性结构和状态之中．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，容易通过下一个折射面，而在它经过两次复发之间容易被这个面反射”，“我将把任何一条光线返回到倾向于反射的状态称它为‘容易反射的猝发'．而把它反回到倾向于透射状态称为‘容易透射的猝发'，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'”．3．“以太”：惠更斯提出的波动说中，需要指出光传播的介质．因而，他预言有这样一种连续弹性物质，它充满我们观察所及的整个空间，渗透于一切物体之中，这种介质取名为“以太”．典型例题例1——实验现象对光的本性的理解光的_________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．选题目的：考察学生对光的波粒二象性的理解．答案：干涉，衍射，光电效应，波粒二象例2——关于光的波粒二象性光既具有波动性，又具有粒子性。