2017_2018学年高中物理第二章波和粒子2.3光是波仍是粒子教案沪科版选修3_5

光是波仍是粒子
一、教学目标
一、知识与技术
（1）使学生初步熟悉和明白得光的波粒二象性，
（2）了解微粒说的大体观点及对光学现象的说明和所碰到的问题．
（3）了解波动说的大体观点及对光学现象的说明和所碰到的问题
二、进程与方式
(1)并了解人类的熟悉进入微观世界的途径和方式
(2)光学现象是与人类的生产和日常生活紧密相关的．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讨．
3、态度、情感、价值观
人类对光的本性的熟悉和研究经历了一个十分漫长的进程，这一进程也是辩证进展的进程．依照事实成立学说，进展学说，或是决定学说的取舍，发觉新的事实，再成立新的学说．人类确实是如此通过光的行为，通过度析和研究，慢慢熟悉光的本性的．
培育学生对问题的分析明白得能力，分析微观粒子运动与宏观质点运动时需要把握的思想方式，尤其是不确信理论思想的成立。

二、教学重点与难点分析：
这一章的内容，贯穿一条主线——人类对光的本性的熟悉的进展进程．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，内容丰硕，还能够对学生进行唯物辩证思想教育．本节就讲义内容，十分简单，学生学起来十分枯燥．讲义所提到的内容，都是结论性的，加入一些史料不仅可能而且必要．
三、教学进程：
例一、
一、列别捷夫光压实验说明了什么？光不仅具有能量，而且还有动量，光是物质的一种形式光子的能量： E=hr=hc/λ
光子的动量 P=hr/c=h/λ
二、如何明白得波粒二象性中的波动性？微观粒子的运动与宏观质点不同，没有必然的轨迹。

咱们只能用它在某处显现的概率大小来描述其运动的不确信性。

这种不确信性越强其波动性就越强，咱们就说其“波长” 就越长。

因此光的波动性说明光是一种概率波。

第二，咱们从下面实验中取得明白得。

双缝干与实验，在像屏处放置照相底片，并设法减弱光流强度。

使光子一个一个地通过狭缝。

（1）曝光时刻不太长，底片上只显现一些无规那么散布的点子
点子、表现出粒子性，点子散布的无规那么，说明光子没有必然的轨道（即不遵守牛顿动定律）
（2）曝光时刻足够长（或强光短时刻曝光），底片上显现规那么的干与条纹。

大量光子表现出波动性，光波强度大的地址——光子抵达机遇多的地址——光子抵达概率大的地址
从那个意义上，咱们能够把光的波动性看用是大量光子运动规律——一种概率波结论：大量光子产生的成效往往显示波动性
个别光子产生的成效往往显示粒子性
从各类频率电磁波的探测来明白得低频率光子容易显示波动性高频率光子容易显示粒子性
总之：咱们要明白得各类频率的电磁波，就必需综合运用波动观点和粒子的观点，这是由于波动性与粒子性是光所具有的不可分割的属性，即波粒二象性。

从此咱们已开始接触到微观世界具有的特殊规律。

3、如何从德布罗意公式明白得：运动着的微观粒子都具有显著的波粒二象性？由于微观粒子的质量很小，因此波长相对宏观物体就大的多。

他们相对易发生衍射现象。

具有显著的波粒二相性。

E、P是粒子的特点而r、λ是波的特点
又如：光子说所论述的光子的动量P=hr/c=E/c；电磁说所论述的辐射能具有的动量P=E/C
两学说一致的，可见，关于宏观物体来讲不可想象的波粒二象性，在微观领域里却是不可幸免必需承认的现实，只是，咱们不可把光当做宏观观念中的波（经典波）也不可把光当做宏观观念中的粒子（经典粒子）
例题1：某电视机显像管中电子的运动速度为×107
m/s ；质量为10g 的子弹运动速度为200 m/s ．别离计算它们的德布罗意波长．
答案：依照公式
计算得×10-11m 和×10-34m 4、哪些事例证明了德布罗意波的存在？分子射线、原子射线和质子、中子、电子衍射现象的发觉
五、谁提出了微观领域的不确信关系？
海森伯在1927年提出了微观领域的不确信关系。

1932年获诺贝尔奖
六、在微观领域哪些物理量不能同时确信？请写出关系式。

不确信关系是微观领域的普遍规律；一切微观粒子的位置与动量不能同时确信、能量与时刻不能同时确信。

7、历史上对光的本性的熟悉： (一)光的微粒说一样，人们都以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”．用如此的观点，说明光的直进性、影的形成等现象是十分方便的．
在说明光的反射和折射现象时，一样十分简便．当光射到两种介质的界面时，要发生反射和折射．在说明反射现象时，只要假设光的微粒在与介质作历时，其彼此作用，使微粒的速度的竖直分量方向转变，但大小不变；水平分量的大小和方向均不发生转变(因为在这一方向上没有彼此作用)，就能够够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，必需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．何种情形发生反射，何种情形下又发生折射呢？微粒说在说明这一点时碰到了专门大的困难．为此，牛顿提出了闻名的“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当中．在光线的前进进程中，这种状态每隔相等的距离(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(接踵)两次复发之间容易被那2
/ ≥⋅∆x p x 2
/ ≥∆⋅∆t E
个面所反射”，“我将把任何一条光线返回到偏向于反射(的状态)称它为‘容易反射的猝发’，而把它返回到偏向于透射(的状态)称它为‘容易透射的猝发’，而且把每一次返回和下一次返回之间所通过的距离称它为‘猝发的距离’”．若是说“猝发理论”还能说明反射和折射的话，那么，以微粒说说明两束光相遇后，为何仍能沿原方向传播这一常见的现象，微粒说那么完全无能为力了．
(二)光的波动说
关于光的本性，那时还存在另一种观点，即光的波动说．以为光是某种振动，以波的形式向周围围传播．其代表人物是荷兰物理学家惠更斯．他以为，光是由发光体的微小粒子的振动在弥漫于一切地址的“以太”介质中传播进程，而不是像微粒说所假想的像子弹和箭那样的运动．他指出：“假设注意到光线向各个方向以极高的速度传播，和光线从不同的地址乃至是完全相反的地址发出时，光射线在传播中一条光线穿过另一条光线而彼此毫不阻碍，就能够完全明白这一点：当咱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，通过物质迁移所引发的”．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，又能够此点为中心，再向别传播子波．固然，如此的观点说明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，反射与折射能够同时发生．一列水波在与另一列水波相遇时，能够毫无阻碍的彼此通过．
惠更斯用波动说还说明了光的反射和折射．但他在说明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．现代光速的测定说明，波动说在说明折射时依据的假设是正确的：光在光密介质中传播光阴速较小．但在17世纪时，光速的测量尚在起步时期，谁是谁非，没有定论．
固然，光的波动说在说明光的直进性和何以能在传播时，会在不透明物体后留下清楚的影子等问题也碰到困难．
可见，光的微粒说和波动说在说明光学现象时，都各有成功的一面，但都不能完满地说明那时所了解的各类光学现象．
在其后的100连年中，要紧由于牛顿的高贵地位及声望，因此微粒说一直占主导地位，波动说进展很缓慢．人类对光本性的熟悉，还期待新的现象的发觉．直到19世纪初，人们发觉了光的干与现象，进一步研究了光的衍射现象．干与和衍射是波动的重要特点，从而光的波动说取得迅速进展．人类对光的本性的熟悉达到一个新的时期．
(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，但他却并非排斥波动说．他依照他所做过的大量实验和缜密的试探，提出了很多卓越的、富有启发性的思想．在关于颜色的观点上，他提出“不同种类的光线，是不是引发不同大小的振动，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？而且是不是专门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，而介于二者之间的各类光线激起各类中间大小的振动而造成中间颜色的感觉？”
他同时还提出：“扔一块石头到安静的水面中，由此激起的水波将在石头落水的地址持续一段时刻，并从那个地址以同心圆的形式在水面上向远处传播．空气使劲撞击所激起的振动和哆嗦也将持续少量时刻，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址，激起振动和哆嗦的波，而且这种振动总能在那里发生并从那里传播出去．”
在说明光现象中，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点．提出波动说的惠更斯却否定振动或波动的周期性．因此，对牛顿来讲，在他的微粒说理论中包括有波动说的合理因素．究竟谁是谁非，牛顿以为“我只是对尚待发觉的光和它对自然结构的那些成效开始作了一些分析，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看来加以证明和改良．”牛顿的严谨，兼收并蓄的科学态度是值得咱们学习的，恐怕这也是他成为物理学大师的缘故之一．。