高二物理第八章光的本性

高二物理第八章光的本性（人教版（实验本））一、全章说明本章循着人类认识历史的线索，引导学生一步步认识光的本质，认识光的波粒二象性．光的本性问题，在近代物理学发展史上占有很重要的地位．正是由于把波粒二象性推广到一切微观粒子的认识上去，才促进了量子力学的发展．所以，学习光的本性，对于学生进一步了解微观粒子的性质，具有重要的意义．把本章内容放在“波动”一篇的最后，也有“承前启后”的意思：波动粒子．本章内容，都是学生在生活中不大熟悉的．无论是光的波动性还是光的粒子性，都需要经过抽象思维，才能理解现象的本质．因此，本章的教学，应该特别注意在认真观察实验事实的基础上，加强抽象思维能力的培养．例如，在光的干涉的教学中，应该让学生充分观察干涉图样，再类比第六章讲过的机械波，应用波的叠加的知识，进行分析、推理，理解图样形成的物理过程．爱因斯坦的光子说，也应该在引导学生认真分析光电效应与波动说的矛盾的基础上提出来，然后进一步引导学生来研究光子说怎样解决了这些矛盾．经过充分的思考、分析，学生才能把书上的结论变成自己的认识，同时也提高了他们分析物理问题的能力．单元划分本章分为五个单元：第一单元：第一节，简述人类对光的本性的认识过程．第二单元：第二节至第四节，讲光的干涉和衍射．第三单元：第五节至第六节，讲光的电磁说、电磁波谱．第四单元：第七节，讲光的量子说．第五单元：第八节，讲光的波粒二象性．具体说明在光的干涉的教学中，考虑到一般中学生的知识基础和接受能力(前面的教学内容中从未涉及相及相差的知识)．本章中没有提出相干光的概念．在双缝干涉的实验中，把产生干涉现象的两个狭缝看成“振动情况总是相同的波源”．教学中不要求给学生严格的相干光的概念．在讲了光的衍射之后，指出高一几何光学中学过的光沿直线传播的规律的近似性．以利于帮助学生初步了解几何光学知识的适用范围，懂得在研究物理问题时，要根据不同的情况，选用不同的研究方法．学习光的电磁说的主要目的，是要进一步揭示光波在本质上不同于机械波，光是一定频率范围的电磁波．在光电效应的教学中，教材强调了光电效应的主要规律——极限频率的存在，光电子的初动能与入射光的强度无关，以及单位时间内发射的光电子数与入射光强度的关系．这些都是不能用波动说来解释的，只有用爱因斯坦的光子说才能圆满解释这些规律．在光子说的教学中应该注意，光子说不是简单地恢复了原来的微粒说，更为重要的是引入了光量子的概念，这就是能的量子化，即一定频率ν的光的能量只能以光量子能量的整数倍出现，而不能取任意值．光的波粒二象性的教学，要求不要过高，只要让学生初步了解光在某些情况下显示出波动性，在另外一些情况下又显示出粒子性就可以了．二、教学要求和教学建议全章教学要求知道人类对光的本质的认识过程．知道光的双缝干涉现象和薄膜干涉现象．知道光的衍射现象．知道光是一种波．4知道光的电磁说．知道光谱和光谱分析的初步知识．理解光电效应的基本规律和光子说的基本内容．知道爱因斯坦光电方程．知道光的波粒二象性的初步概念．（一）微粒说和波动说教学要求● 知道人类对光的本质的认识过程．知道17世纪光的微粒说的主要代表人，知道微粒说可以解释的现象以及它遇到的困难．知道17世纪光的波动说的主要代表人和他的观点．知道它可以解释的现象及问题．知道19世纪初光的波动说成功的实验依据和理论成就．知道19世纪末，光的波动说遇到的困难及现在对光的本性的认识．了解科学发展的曲折、辩证的过程．教学建议这一节是本章的引言，通过回顾人类对光的本性的认识过程，给学生指明学习本章的线索——教材内容的层次和系统，这对发挥学生学习的主动性是十分有益的．通过简要的史料介绍，一方面让学生体会到科学发展是一代一代科学家辛勤劳动的曲折过程，树立为科学献身的精神；另一方面，从中体会到科学研究的一些基本方法——“实验(事实)——理论假设——实验(提供新的事实)——修正理论(甚至建立新的假设)”，以及人们的认识就是从不断地纠正偏差错误中提高的．“光的本性”的认识史，也是对学生进行辩证唯物主义教育的好教材，虽然只有一课时，应当努力上好．教学实践证明，给学生讲一点物理学发展史，能给学生以多方面启迪，也容易激发学生学习的积极性．但一定要配合知识内容，使学生思路清晰，而不要陷于史实的细节之中．如果条件允许，可以配合观看图片、资料或介绍学生读一些课外书和资料，以丰富学生的知识．（二）光的干涉(三) 薄膜干涉教学要求● 知道光的双缝干涉现象和薄膜干涉现象．知道观察到的光的干涉现象，知道光的干涉现象证明光是一种波．知道光的双缝干涉现象是如何产生的，在何处出现明条纹，何处出现暗条纹．知道其他条件相同时，不同色光产生的双缝干涉的条纹间距不同，与波长成正比．知道不同色光的频率不同．知道薄膜干涉是如何产生的．知道光的干涉现象在技术中的一、二个应用实例．教学建议这是本章的重点之一．讲光的双缝干涉前，可先引导学生回忆机械波的叠加和干涉的知识，帮助学生认真分析课本图8－3和图8－4，弄清双缝干涉中明、暗条纹的分布情况．光的干涉的教学中，一个值得注意的问题是相干条件的讲述．我们知道，只有频率相同、振动方向相同、相差恒定的相干波之间才能产生干涉现象．在机械波里可以比较容易地获得连续振动的波源，两个波源只要频率相同，相干性的其他条件，比较容易满足．因此我们没有特别强调和介绍“相差恒定”这一条件，而只是提到振源的“振动步调相同”．一般光源发出的光，是大量原子跃迁时发出的，由不连续的波列组成，各波列的相位是无规则变化的，这是由原子发光的特点决定的．因此，两个独立光源发出的光，即使是“频率相同的单色光”(实际上严格的单色光并不存在)，也不能保持恒定的相差．必须把同一个点光源(或线光源)发出的一束光分成两束，才能得到相干光．课本考虑到学生的知识基础和接受水平，没有提出相干光的概念，但在课文的叙述中，强调了从单孔射出的光束到达双孔时，双孔“就成了两个振动情况总是相同的波源”，这同机械波中提到的振源的“振动步调相同”，要求是一致的．双缝干涉的教学虽不要求定量讨论，但是在狭缝间的距离和狭缝与屏间的距离不变的条件下，单色光产生的干涉条纹间距跟光的波长成正比，这个关系是应该让学生知道的．知道了这一点，学生才能理解不同色光具有不同的频率和波长．薄膜干涉的教学，可以结合实验、演示来进行，只要求学生初步认识这种现象，不必做进一步的分析．除了肥皂膜的干涉外，两片玻璃之间的空气膜的干涉(小实验1)、浮在水面上的油膜的干涉，都可以让学生观察．如果有牛顿环的实验装置，也可以让学生观察．关于光的干涉在技术上的应用，教材中举了用干涉法检查平面和增透膜的例子．对此只要求学生初步了解其原理，可不再补充．(四) 光的衍射教学要求● 知道光的衍射现象．知道光通过狭缝和圆孔的衍射现象．知道根据衍射条件和光的波长很短，要产生明显的衍射现象，障碍物或孔的尺寸必须很小、很小．(长度数量级范围知道“几何光学”中所说的光沿直线传播是一种近似．教学建议课本只要求学生初步了解光的衍射现象，不做理论讨论，因此与机械波类比和观察实验现象是十分重要的．首先，要结合机械波的衍射，使学生明确光产生衍射的条件．除了演示实验外，要尽可能多地让学生自己动手做实验进行观察．包括节后的小实验2，以及观察小孔衍射(在铝箔或胶片上打出尺寸不同的小孔，以小电珠作光源，距光源1～2米，眼睛靠近小孔观察光通过小孔的衍射花样——彩色圆环)．还可让学生通过羽毛、纱巾观看发光的灯丝(对见到的彩色花样可不作解释)等等，以补学生对这一现象的不熟悉和帮助学生理解．在本节教材中提到泊松亮斑——泊松原以为这下子可以驳倒菲涅尔的波动理论了，事与愿违，菲涅尔和阿拉果接受了泊松的挑战，用实验验证了这个理论结论，实验却成了波动理论极其精彩的实证，菲涅尔为此获得了科学奖金(1819年)．这个科学小故事告诉我们，在科学研究上必须重视理论的指导作用和实践的检验作用；作为科研工作者，必须有坚定的自信心和踏实勤奋的工作态度．今天的学习，在掌握知识的同时，也应培养自己这方面的好品质、好作风．应该让学生了解，光的直进，是几何光学的基础，光的衍射现象并没有完全否定光的直进，而是指出了光的直进的适用范围或者说它的局限性．（五）光的电磁说电磁波谱教学要求● 知道光的电磁说知道光的电磁说的内容．知道可见光是一定频率范围的电磁波．知道红外线、紫外线、X射线等不同频率的电磁波的特点．知道电磁波谱．教学建议这一节和下面一节内容大多属于常识性介绍，在教学方法上宜采取有利于调动学生积极主动性的自学、讨论、小结及其它生动活泼的方式进行，既活跃教学，又有利于培养学生的能力．讲述光的电磁说时要着重说明光的电磁说提出的背景和它的事实依据．还要着重说明提出光的电磁说的重要意义在于使人们认识到光波与机械波有本质的不同．光的电磁说揭露了光现象的电磁本质，把光和电磁统一了起来．对红外线、紫外线、X射线的讲述，要让学生抓住主要特征和它们的应用，并尽可能联系可见到的实例．如有可能，可做实验演示．要使学生理解不同频率范围的电磁波，它们本质上是相同的，它们的行为服从共同的规律，但因为频率的不同又各自具有某些特性．(六) 光谱和光谱分析教学要求● 知道光谱和光谱分析的初步知识．知道什么是发射光谱．知道连续光谱和明线光谱的主要不同．知道什么是吸收光谱．知道什么是元素的特征谱线．知道存在元素的特征谱线是光谱分析的基础．知道光谱分析的一些应用．教学建议与上一节相同，本节可多让学生自己读书、总结、讨论，以调动学生的学习积极性和培养能力．由于学生对光谱接触少，不熟悉，可引导学生对光谱的知识进行归纳，使条理清晰．光谱分析方法根据什么原理，有什么优点，让学生通过读书自己回答．课时容许，可以让学生看一下太阳光谱，明确太阳光谱不是连续光谱而是吸收光谱．由太阳光谱中的暗线可查知太阳大气的组成元素．还可讲一下，人们在1895年从太阳光谱的暗线中确定了当时的新气体“氦”(自希腊文“太阳”来)，后来又在地球上找到它的故事，加深对所学知识的印象，以引起学习的兴趣．（七）光电效应教学要求● 理解光电效应的基本规律和光子说的基本内容．知道爱因斯坦光电方程．知道什么是光电效应，什么是光电子．知道光电效应的规律，知道什么是极限频率．理解光电效应无法用波动理论解释．知道光子说的内容．理解光子说如何解释光电效应．理解爱因斯坦光电方程．教学建议做好演示实验，是教好、学好本节的前提，要创造条件做好实验．根据学校的实验条件，也可将锌板换成光电管并改用可见光照射．光电效应的教学，要突出光电效应的主要规律．这些规律都不能用波动说来解释．只有用爱因斯坦提出的光子说，才能圆满地解释这些规律．学生初次接触这部分知识，对一些名词概念常常混淆不清，如“光子”和“光电子”，“光子的能量”和“光电子的最大初动能”等等。