高中物理第五章经典力学与物理学的革命第3节量子化现象教案1粤教版必修2
【精选】粤教版高中物理必修2第五章第三、四节《量子化现象》word导学案-物理知识点总结
物理粤教修2第五章经典力学与物理学革命第三节量子化现象第四节物理学—人类文明进步的阶梯黑体:如果一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射而,这种物体就称为黑体.黑体发出的.答案:无反射电磁辐射2. 能量子假说:所谓能量子就是能量的.微观领域里能量的变化总表现为电磁波的辐射与吸收,不同频率的电磁波其能量子的值不同,表达式为:ε=hν (ν是电磁波的频率,h 称为普朗克常量,由实验测得h=6.63×10-34 J·s).能量量子化:微观领域中能量的,即只能取分立值的现象.答案:最小单位不连续变化3. 爱因斯坦光子假说光在传播的过程中,能量是不连续的,它由数值分立的能量子组成,这些能量子称为光量子,也称为“”,其能量ε=hν.答案:光子4. 光的波粒二象性:大量实验表明,光既有又具有,即光具有波粒二象性.答案:波动性粒子性5. 物理学对人类文明的贡献物理学的发展推动了科学技术的高速发展.几乎所有重大的新技术领域,如原子能技术、激光技术、电子和信息技术等的创立,都是在物理学中经过长期的酝酿,在理论上和实验上取得突破,继而转化为技术成果的.如果没有1909年物理学的α粒子散射实验和的质能方程就不可能有今天核能的利用.18世纪得益于牛顿力学和热学的研究而发明了蒸汽机,带领人们进入蒸汽机时代;19世纪以电机的发明和电力的应用为标志的电力技术革命,使人类社会全面进入了电气化时代;属于20世纪最伟大的科学成就之一的原子能技术,把人类社会带进了原子时代;20世纪后期,电子信息技术和通信技术又为人类创造了一个新时代——时代.信息量子化现象(1858年4月23日-1947年10月3日),德国物理学家,量子力学的创始人,二十世纪最重要的物理学家之一,因发现能量量子而对物理学的进展做出了重要贡献,并在1918年获得诺贝尔物理学奖。
量子力学的发展被认为是20世纪最重要的科学发展,其重要性可以同爱因斯坦的相对论相媲美。
高中物理粤教版必修二导学案:第五章+经典力学与物理学的革命
导学案第五章经典力学与物理学的革命(学案)[第一节]一、学习目标(1)了解经典力学的发展历程,知道在发展历程中各物理学家作出的突出贡献。
(2)了解经典力学所取得的伟大成就及其对当时自然科学、社会发展的影响。
(3)认识经典力学的局限性和适用范围。
二、课堂自学经典力学适用于运动的物体,而不适用于运动的物体;适用于观的物体,不适用于观的物体。
三、课堂训练1、高速运动的物体,其质量随速度变化的情况是()A、速度越大,质量越大B、速度越大,质量越小C、质量与速度无关 C、条件不足,无法确定2、以下服从经典力学规律的是()A、天体的运动B、公路上汽车的运动C、电子绕原子核的运动D、光子的运动[第二节]一、学习目标(1)了解经典时空观。
(2)了解狭义相对论的理论基础与狭义相对论时空观的几个推论。
(3)知道经典时空观与相对论时空观的主要区别。
(4)初步了解微观世界中的量子化现象。
(5) 了解电效应现象,知道光具有波粒二象性。
二、课堂自学1、经典时空观的几个具体结论为:①的绝对性;②的绝对性;③的绝对性。
2、狭义相对论的两条基本假设为------①原理:在不同的惯性参考系中,一切都是相同的;②原理:不管在哪个惯性系中,测得的都是相同的。
3、狭义相对论时空观的几个推论:①的相对性;②运动的时钟;③运动的尺子;④物体质量随速度的增加而。
4、能量子假说:物质发射(或吸收)能量时,能量,而是地进行的。
每一份就是一个。
这个不可再分的最小能量单位称为“能量子”。
5、光的波粒二象性光具有波动性又具有粒子性三、课堂训练1、(09高考)物理学的发展丰富了人类对物质世界的认识,推动了科学技术的创新和革命,促进了物质生产的繁荣与人类文明的进步。
下列表述正确的是()A、牛顿发现了万有引力定律B、光电效应证实了光的波动性C、洛伦兹发现了电磁感应定律D、相对论的创立表明经典力学已不再适用2、关于经典力学和相对论的关系()A、相对论是对经典力学的否定B、经典力学可以认为是相对论的一个特例C、经典力学是相对论在低速情况下的近似D、相对论是在经典力学基础上的推论3、最早提出量子化观点的科学家是()A、惠更斯B、爱因斯坦C、麦克斯韦D、普朗克4、对光的波粒二象性的说法中,正确的是()A、有的光是波,有的光是粒子B、光子和电子是同样类型的粒子C、光的波长越长,其波动性越明显D、光的频率越高,其波动性越明显。
高中物理 第五章 经典力学与物理学革命教学案 粤教版必修2
第五章经典力学与物理学革命1.经典力学只适用于低速、宏观物体的运动,而不适用于高速、微观物体的运动。
2.经典时空观认为时间和空间与外界无关,是绝对的。
狭义相对论揭示了时间和空间的联系,表明了时空的相对性和绝对性的辩证统一。
3.德国物理学家普朗克提出了能量子假说,认为物质发射(或吸收)能量时,能量不是连续的,而是一份一份地进行的。
4.爱因斯坦提出的光子说成功的解释了光电效应现象,光电效应现象表明了光的粒子性。
5.光既具有波动性又具有粒子性,也就是光具有波粒二象性,大量光子传播往往表现为波动性;微观上,个别光子在与其他物质产生作用时,往往表现为粒子性。
6.氢原子光谱是由一系列不连续的亮线组成的线状谱,说明原子只能处于一系列不连续的能量状态中。
一、经典力学的成就与局限性1.经典力学的发展历程(1)15世纪以后,欧洲开始了文艺复兴运动,物理学进入一个迅速发展的阶段。
(2)16世纪哥白尼创立了日心说。
(3)17世纪,伽利略发现了惯性定律、落体定律和力学相对性原理,奠定了动力学的基础。
(4)17至18世纪,科学家发展了从动量、能量角度对牛顿运动定律的表述,进一步完善了经典力学体系。
(5)19世纪,经典力学由单个质点推广到多质点构成的系统。
2.经典力学的伟大成就(1)经典力学把天上物体和地上物体统一起来,从力学上证明了自然界的多样性的统一,实现了人类对自然界认识的第一次理论大综合。
(2)使人们认识到了以现象观察和实验研究为基础的自然科学理论的基本特征。
(3)建立了以实验和数学相结合的研究方法。
(4)推动了其他学科的发展,与其他学科相结合产生了一些交叉性的分支学科。
3.经典力学的局限性(1)把一切自然现象都归结为机械决定论。
(2)把时间、空间割裂开来,认为它们与物质运动无关。
4.经典力学的适用范围(1)只适用于低速运动,不适用于高速运动。
(2)只适用于宏观物体的运动,不适用于微观物体的运动。
二、经典时空观与相对论时空观1.经典时空观(1)凡是牛顿运动定律成立的参考系,称为惯性参考系,简称惯性系。
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第3节量子化现象二、教学过程(一)黑体辐射:能量子假说的提出1、讨论宏观世界中人们对能量的认识。
(能量是连续的)2、讲解黑体辐射,指出经典能量观无法解释黑体辐射。
3、普朗克为了克服经典物理解释黑体辐射时的困难,提出了量子说。
4、讨论普朗克提出量子说的伟大意义。
(二)光子说:对光电效应的解释1、指出普朗克量子说存在的不足,爱因斯坦对普朗克的量子说的完善。
2、指出爱因斯坦提出光子说的伟大意义,刚开始不为大多物理学家所赞同,连普朗克本人也抱怨说“太过分了”,直到用光子说成功得解释了光电效应之后,才被肯定。
3、光电效应实验A、介绍实验仪器:验电器、锌板、弧光灯、红和紫透明塑料纸B、演示步骤:第一、用红透明纸放在强弧光灯前,让强灯光透过红纸照在锌板上,观察验电器的现象。
第二、用紫色透明纸放在弱弧光灯前,让弱灯光透过紫色纸照在锌板上,观察验电器的现象,与第一部比较。
3、讨论实验结果。
用经典物理无法解释:经典理论中“光的波动说”认为光是一种波,他的能量是连续的,由光的强度决定与频率无关,这样的话,用强的红光照射应该有更多的电子跑出来,验电器的张开的角度应该更大;而用微弱的紫光照射时,验电器张开的角度应该很小很小。
而实验的现象是,用强红光照射时,验电器不张开,而用微弱的紫光照射时,验电器马上张开,理论与实验相矛盾。
1[11]用爱因斯坦的光子说解释:光是由光子组成的,光子的能量有光的频率决定的,当用红光照射时,光子的频率不够高,光子的能量不够大,所以即使金属电子吸收了光子也没有足够的能量从金属中跑出拉;而即使用微弱的紫光照射,紫光光子的频率比较高,能量比较高,金属里的电子吸收了光子之后,有足够的能量从金属表面逃逸出来。
4、总结实验现象,得出结论:光是由光子组成的,决定光子的能量是频率,光有粒子性。
(三)光的波粒二象性:光的本质的揭示1、对比光的粒子性,讲述光的波动性的支持者:惠更斯、杨和麦克斯韦的主要观点和实验依据。
高中物理第五章经典力学与物理学革命第三节量子化现象第四节物理学人类文明进步的阶梯课件粤教版必修2
高中物理第五章经典力学与物理学革命第三节量子化现象第四节物理学人 类文明进步的阶梯课件粤教版必修2
2021/4/17
高中物理第五章经典力学与物理学革命第三节量子化现象 第四节物理学人类文明进步的阶梯课件粤教版必修2
第五章 经典力学与物理学革命
第三节 量子化现象 第四节 物理学——人类文明进步的阶梯
2.能量子假说 (1)能量子 ①提出的目的:_____普__朗__克____为了克服经典物理学对黑体辐射 现象解释的困难而提出的. ②含义:物质发射(或吸收)能量时,能量不是____连__续__的_____, 而是___一__份__一__份____地进行的,每一份就是一个最小的能量单 位.这个不可再分的最小的能量单位称为“能量子”.
方法技巧——光子能量的有关计算 人眼对绿光最为敏感,正常人的眼睛接收到波长为 530 nm 的绿光时,只要每秒有 6 个绿光的光子射入瞳孔,眼睛就 能察觉.普朗克常量为 6.63×10-34 J·s,光速为 3.0×108 m/s, 则人眼能察觉到绿光时所接收的最小功率是多少?
[思路点拨] 解答本题时应把握以下两点: (1)每个光子的能量 ε=hν.
对光电效应的解释 1.光子说:爱因斯坦认为,光在传播过程中,是不连续的,它由 数值分立的能量子组成,这些能量子叫光量子,也称“光子”,
光就是以光速 c 运动着的光子流,每个光子的能量 E=hν=hλc .
2.用光子说解释光电效应的规律 当光子照射到金属表面上时,它的能量可以被金属中的某个电 子全部吸收,电子吸收光子的能量后,动能立刻增加,不需要 积累能量的过程.这就是光电效应的发生用时极短的原因.只 有能量足够大,即频率 ν 足够大的光子照射在金属上,才能使 电子获得足够大的动能,克服金属原子核对它的束缚从金属表 面飞离出来成为光电子,这就说明发生光电效应入射光的频率
高中物理第五章经典力学与物理学的革命第1节经典力学的成就与局限性教案3粤教版必修2
第1节经典力学的成就与局限性本节教材分析三维目标1.知识与技能(1)了解经典力学的发展历程,知道经典力学发展历程中有哪些物理学家作出了突出贡献。
(2)了解经典力学所取得的伟大成就及其对当时自然科学、社会发展的影响。
(3)认识经典力学的局限性和适用范围。
2.过程与方法(1)通过收集对经典力学建立作出重要贡献的物理学家的故事,把科学成果的发现过程展现为历史的过程,即科学家是如何在前人的基础上进行求索的,并将科学家的成果放在特定的历史背景下去评说,从而让学生认识到历史的发展有承接,科学的发展也一样。
(2)通过收集和交流具体实例来分析说明经典力学所取得的伟大成就,培养学生就某一观点或结论收集例证的能力,培养学生获取和评价信息的能力。
(3)通过查阅文献或网络资料撰写小论文,更多地了解经典力学的成就、局限性与适用范围,培养学生查阅文献的能力,筛选和组织信息的能力、交流和表述信息的能力。
3.情感、态度与价值观(1)通过查阅、对比、举例、交流等学习活动,培养学生自主学习的习惯和善于合作的意识;培养学生懂得尊重他人的成果、与他人合作交流的能力与习惯,锻炼学生在讨论与交流活动中敢于发表自己的感想和看法,共同探讨交流与合作学习的途径。
(2)使学生领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义,体会经典力学在人类认识自然以及物理学发展中的重要影响和作用。
(3)感受物理学家充满着艰巨性和创造性的科学探究过程,体会科学家们忘我的献身精神和刻意追求的严谨作风,从而让学生更好地把握科学探究的本质,帮助学生建立起像科学家从事科学探究那样来学习科学的意识,领悟科学探究的真谛。
(4)感受物理学所揭示的自然规律中蕴藏着和谐、有序、简单、统一的科学美,培养学生对科学的审美能力,领悟自然界的内在秩序与和谐,唤起人的真、善、美的自然天性,达到认识和情感的完美统一。
教学重点经典力学的概念,研究范围。
教学难点经典力学渗透的研究方法。
教学建议对经典力学发展历程的了解建议以学生自主学习和合作学习为主,可以课前将学生分小组,布置学生收集、查阅相关资料和书籍,有条件的学校可以组织学生上网查找经典力学发展史,在学生自学及小组内相互交流的基础上引导学生理清经典力学理论形成和发展的线索。
粤教版高中物理必修2第五章第三、四节《量子化现象》word导学案
物理粤教修2第五章经典力学与物理学革命第三节量子化现象第四节物理学—人类文明进步的阶梯黑体:如果一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射而,这种物体就称为黑体.黑体发出的.答案:无反射电磁辐射2. 能量子假说:所谓能量子就是能量的.微观领域里能量的变化总表现为电磁波的辐射与吸收,不同频率的电磁波其能量子的值不同,表达式为:ε=hν (ν是电磁波的频率,h 称为普朗克常量,由实验测得h=6.63×10-34 J·s).能量量子化:微观领域中能量的,即只能取分立值的现象.答案:最小单位不连续变化3. 爱因斯坦光子假说光在传播的过程中,能量是不连续的,它由数值分立的能量子组成,这些能量子称为光量子,也称为“”,其能量ε=hν.答案:光子4. 光的波粒二象性:大量实验表明,光既有又具有,即光具有波粒二象性.答案:波动性粒子性5. 物理学对人类文明的贡献物理学的发展推动了科学技术的高速发展.几乎所有重大的新技术领域,如原子能技术、激光技术、电子和信息技术等的创立,都是在物理学中经过长期的酝酿,在理论上和实验上取得突破,继而转化为技术成果的.如果没有1909年物理学的α粒子散射实验和的质能方程就不可能有今天核能的利用.18世纪得益于牛顿力学和热学的研究而发明了蒸汽机,带领人们进入蒸汽机时代;19世纪以电机的发明和电力的应用为标志的电力技术革命,使人类社会全面进入了电气化时代;属于20世纪最伟大的科学成就之一的原子能技术,把人类社会带进了原子时代;20世纪后期,电子信息技术和通信技术又为人类创造了一个新时代——时代.信息量子化现象(1858年4月23日-1947年10月3日),德国物理学家,量子力学的创始人,二十世纪最重要的物理学家之一,因发现能量量子而对物理学的进展做出了重要贡献,并在1918年获得诺贝尔物理学奖。
量子力学的发展被认为是20世纪最重要的科学发展,其重要性可以同爱因斯坦的相对论相媲美。
高中物理 第五章 经典力学与物理学的革命 第3节 量子化现象教案2 粤教版必修2
第3节量子化现象新课教学:本节开篇即指出:19世纪末20世纪初的许多现象与经典物理学王理论相矛盾,从而引发了物理学的另一场革命——量子论的建立.这也是本节教学的线索,从矛盾出发去理解量子论诞生的理论背景和必然性,教学中最好以这一思路贯穿始终.一、课程内容1.黑体辐射:能量子假说的提出“黑体辐射”的教学首先应指导学生了解人们对“黑体辐射”研究的社会背景(参见课程资源《黑体辐射》),使学生理解科学的发展总是和社会、经济的需求密切联系的.教学中要突出用经典物理学理论来解释黑体辐射遇到的困难,使学生认识到黑体辐射是经典物理能量连续性概念不适用于微观世界的典型事例,在此基础上讲述普朗克的能量子假设,才能使学生切实地认识到量子概念的必然.同时使学生领会当实验事实和理论相违背时,往往预示着理论存在的缺陷,或是新的理论诞生的萌芽.普朗克提出“能量子假说”宣告了物理学的一场革命.然而在当时由于经典物理中的能量连续性概念在人们的头脑中根深蒂固,几乎所有的科学家相信包括能量在内的一切自然过程都是连续的,普朗克提出这种与经典物理学截然不同的观点是需要极大的勇气的,教学中可补充介绍普朗克在公开提出“能量子假说”时的“谨慎和大胆”(可查询《世界著名科学家简介》和《物理学家风雅趣闻》中关于普朗克的介绍),使学生体会科学家尊重客观规律、为揭示真理而勇于挑战传统观念的科学精神.教学中还应指出尽管普朗克开创了量子论,然而他的工作是不彻底的.他认为,辐射的能量仅仅在原子吸收或发射时是不连续的,一份一份的,而在传播过程中,则仍是连续的.曾有记者问他“您说能量到底是连续的呢?还是不连续的呢?”普朗克回答说:“如果一个人用小碗从缸里舀水,倒在水池中,您说水是连续的呢?还是不连续的呢?”从普朗克的回答中,我们可以看出,他认为辐射本质上还是连续的,只是在原子发射或吸收辐射时,才是一份一份的.把量子化思想贯彻到底的是爱因斯坦.[讨论与交流]此处安排的“讨论与交流”目的是使学生体会能量子假说与经典物理的传统观念格格不入.过去,人们总认为一切自然过程都是连续的,比如能量的传递和释放中,宏观状态下的能量总是由一切微观状态下的能量连续排列组合而成,中间毫不间断.因此,“能量子假说”是对经典物理学理论的重大突破.2.光子说:对光电效应的解释光电效应是经典物理能量连续性概念不适用于微观世界的另一典型现象.教学中应重点将经典物理和光子说对光电效应现象的解释(注意指出一个电子吸收一个光子的能量)进行对比,使学生能将经典物理以“光是电磁波,它的能量是连续的”这种观点对光电效应现象作出解释时与实验事实的矛盾,与光子说对这些矛盾的圆满解释相对照,从而领悟光具有粒子性.出于降低难度考虑,教材中仅介绍了“光电效应的产生与光的频率有关而与强度无关”这一现象特征,教学中可视学生情况决定是否补充介绍其他特征(参见课程资源《光电效应》).如果学校条件容许,最好能安排光电效应演示实验或者根据教学实际需要,设计制作多媒体课件,利用计算机模拟实验,尽可能为学生提供一种研究、探索的情景,同时辅以积极的思维活动,不仅使学生较好地掌握了光电效应现象的本质,也使他们受到了一次物理实验方法的熏陶.3.光的波粒二象性:光的本性揭示由于学生没有学过关于“光的波动性”以及“干涉、衍射”的知识,对于认识“光的波粒二象性”显然难度较大.这里最好能做光的双缝干涉实验,结合实验现象来解释何为“概率波”,也可以借助语言,通过比喻或类比,进一步丰富学生的表象,如光的波粒二象性,我们可以想象:光似乎是一群“光子雨”,光的颜色反映出“雨点”的力量,雾霭茫茫,多像烟波;点点滴滴,又多像颗粒这里注意引导学生以全面的、辩证的观点认识事物.实际上光的波粒二象性取决于你观察问题的着眼点,就像我们常常用瞎子摸象来比喻同一个事物的不同侧面的反映,在微观世界中:大量光子运动产生的效果显示出波动性,个别光子运动产生的效果显示出粒子性,光在传播时显示波动性;与物质发生作用时往往显示粒子性.可以指导学生在课后进一步了解科学界关于“光的本性”的探索历程(参见课程资源《光的本质——波动说与微粒说的交锋》),鼓励学生撰写小论文或分组交流、汇报各自的学习成果,从而使学生了解近代物理学的形成、发展的历程,这当中包括科学的假说、科学的遗憾、科学的突破、科学的争论、科学的蒙难;使学生在了解物理学史的过程中受到科学研究方法的熏陶,也使学生感受科学家脚踏实地、埋头苦干、不图功利的科学态度和崇高的思想品德.4.原子光谱:原子能量的不连续原子光谱是微观粒子能量不连续的典型现象,这里重在通过这一形象实例使学生更深地领会微观世界能量量子化的特征.量子论建立的意义教材没有作过多介绍,教学中可灵活处理,教师可以举例说明也可以布置学生查询量子论的发展对现代科技领域和社会发展的影响体现在哪些方面.可以向学生说明,普朗克的能量量子化思想、爱因斯坦的光量子假说以及之后的玻尔原子轨道量子化理论统称为旧量子论,具有一定的局限性,很难应用到更复杂的情况.1924年开始,为了摆脱旧量子论的局限性,物理学家们建立了全新的、描述微观世界运动的理论——量子力学,新的量子理论不仅能胜任旧量子理论的全部任务,而且能够准确地描述更复杂的现象,并方便地应用到更广泛的领域(参见课程资源《量子力学的建立和意义》).也可指导学生在课后了解量子论进一步发展为量子力学的过程以及量子力学与科技、生活的密切联系.注意应向学生说明,量子论和量子力学的建立并不是完全否定了经典力学,它只是在微观世界领域否定了经典物理中根深蒂固的连续性概念和决定论思想,事实上宏观的经典物理是量子物理的极限形式.本节教学中应注重突出科学假说的作用和渗透科学假说的思想方法,这是培养学生创新思维的重要途径.对21世纪知识经济时代中参与竞争的学生,培养探究形成假说的能力、严密思维的能力和创新思维的能力无疑是十分必要和十分紧迫的.量子物理的发展与假说方法联系密切,从黑体辐射问题的研究中出现的“紫外灾难”,到1900年普朗克的能量子假说,到1905年爱因斯坦“光量子假说”,到玻尔量子理论解释原子问题,建立旧量子论,到海森堡、薛定谔提出量子力学,再应用爱因斯坦相对论提出相对论量子力学的整个量子理论的发展,无不体现了从假说——理论——新假说——新理论……的循环发展模式,而每一次的发展都是对前一层次理论(假说)的继承、完善和修改,又是后一层次理论(假说)的重要台阶.应引导学生体会假说的意义和方法,使学生了解:卜个自然现象,在其未被揭示出科学本质之前,人们对它的认识是很不完整的,甚至是片面的,只能借助于假说的形式进行研究与探索.当某一假说被大量事实所证实时,它就发展成一种理论;当新的科学事实又积累到一定程序与假说相矛盾时,又必须提出新的假说或修改、补充原来的假说,以便能圆满地解释事实,进而促进理论的进一步研究与发展.因此假说是物理学研究中理论发展必不可少的方法与桥梁.二、小结本节内容对学生来说,无法用已有的经典物理的观点去理解,学生缺乏相关知识的铺垫,因而对教学会造成相当大的困难.首先应正确地定位教学的层次和难度,《课程标准》对本节要求的知识技能目标是“初步了解和知道”,在必修课程中编排现代物理的内容,目的是使学生在完成必修课程后对物理学的发展和前景有整体性了解,也是为进一步激发学生学习物理的兴趣,所以教学要求以了解为主,不做更高要求.三、作业课后习题第1题四、板书设计第三节量子化现象。
2018_2019学年高中物理第五章经典力学与物理学的革命第三节量子化现象课件粤教版必修2
解析:普朗克提出了量子假说,它认为电磁波发射 和吸收都不是连续的,是一份一份进行的.它不但解决 了黑体辐射的理论困难,而且更重要的是提出了“量子” 概念,揭示了物理学的崭新的一页,选项 B、C 正确.
答案:BC
知识点二 对光电效应的解释及光的波粒二象性 原子光谱
提炼知识 1.光电效应:波长较短的光照射金属表面时,金属 便有电子逸出的现象. 2.经典力学无法解释光电效应规律. 3.光子说:光在传播过程中是不连续的,它由数值 分立的能量子组成,这些能量子称为“光子”,每个光子 的能量是 hν,其中 ν 为光的频率,h 为普朗克常量,光子 说成功地解释了光电效应现象.
解析:光的波粒二象性是微观世界特有的规律,既 不能理解成宏观概念中的波,也不能把光子简单地看作 微观概念中的粒子.
答案:A
(1)发生光电效应一定要用不可见光吗? (2)在光电效应中,只要光强足够大,就能发生光电 效应吗? 提示:(1)不一定.发生光电效应的照射光,可以是 可见光,也可以是不可见光,只要入射光的频率大于极限 频率就可以了. (2)不能.能不能发生光电效应由入射光的频率决定, 与入射光的强度无关.
2.量子化:量子化的“灵魂”是不连续.在宏观领 域中,这种量子化(或不连续性)相对于宏观量或宏观尺度 极微小,完全可以忽略不计,但在微观世界里,量子化(或 不连续)是明显的,微观物质系统的存在、物质之间传递 的相互作用、物体的状态及变化等都是量子化的.
3.用光子说解释光电效应的规律:当光子照射到金 属表面上时,它的能量可以被金属中的某个电子全部吸 收,电子吸收光子的能量后,动能立刻增加,
4.光的波粒二象性:光的本性揭示. 光电效应说明光具有粒子性,光的干涉、衍射显示光具 有波动性,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. 5.原子光谱. (1)氢原子光谱是由一系列不连续的亮线组成的线状谱. (2)原子只能处于一系列不连续的能量状态中,当原子从 一种能量状态变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.
物理粤教版必修2教学设计:第五章第三节 量子化现象
教学设计第三节量子化现象整体设计本节从19世纪末经典物理学的其中一朵乌云——黑体辐射引入新课,介绍量子化诞生的过程,揭示光的本性.通过对微观世界的量子化现象的讨论和分析,对比宏观物体和微观粒子能量变化的特点,呈现当科学家们由宏观世界进入微观世界领域时所引发的物理学革命,使学生认识普朗克量子假说和爱因斯坦提出光子说的重大意义,从而理解光的本性——波粒二象性和原子能量不连续的特点,进而体会量子物理对人类认识世界和科技发展的重要影响.教学重点1.黑体辐射:能量子假说的提出.2.光子说:对光电效应的解释.教学难点1.黑体辐射:能量子假说的提出.2.光子说:对光电效应的解释.教学方法讨论式、探究式课时安排1课时三维目标知识与技能1.初步认识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.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:量子化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革命和对其他自然科学领域的影响,体会量子论对人类认识世界的深远影响.情感态度与价值观1.体会科学家探求真理的无限艰辛和他们非凡创性思维的光芒,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.关注物理学对生活的影响,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.感受科学家客观求实、理性追求和批判创新的精神,培养学生敢于质疑的科学品质.教学过程导入新课师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由宏观世界进入微观世界.推进新课一、黑体辐射:能量量子假说的提出师黑体辐射是19世纪末20世纪初物理学无法解释的几大难题之一,那么什么是黑体?什么是黑体辐射?生1所谓黑体,是指这样一种物体,在任何温度下,它将入射的任何波长的电磁波全部吸收,没有一点反射,而在相同温度下,它所发射出的热辐射比任何其他物体都强.在自然界中,不存在这种理想的黑体,但在某些条件下我们可以找到近似于黑体的物体.生2黑体辐射是指黑体发出的电磁辐射.比如一块铁,我们可以把它看成近似的黑体加热,它开始吸收热能,铁块会先呈暗红,然后变黄变白,发出耀眼的光线.这就是黑体辐射.师每一种新生事物的诞生都有其偶然和必然的因素,经典物理学面临着如此无法解释的实验事实,这预示着经典物理学的理论存在缺陷,或是新理论的诞生,你能说说能量量子化假说提出的背景吗?生很长一段时间内,经典物理学中的连续性观念在人们头脑中根深蒂固,物理学家们都一直认为一切自然过程(包括物质、能量)都是连续的,并把它视为科学研究的一条准则,然而,这一准则在19世纪末科学家们研究黑体辐射规律时遇到了无法解释的困难:理论分析与实验结果不相符合.这使得不少物理学家看到,经典物理学面临着严重危机.能量量子假说的提出:1900年德国物理学家普朗克以《正常光谱中能量分布的理论》为题,提出了一个大胆的能量子假说.这是一个与经典物理学基本原理完全对立的假说.根据这一假说:在电磁波的发射吸收过程中,发射体和吸收体的能量变化是不连续的,而是一份一份地进行的,每一份就是一个最小的能量单元.这个最小的能量单位称为“能量子”,能量值只能取某个最小能量元的整数倍.普朗克还进一步提出了能量子与频率成正比的观点,如果能量子的能量用E表示,它的数值等于辐射的频率ν乘以一个常数h,即E=hν,h称作普朗克常量,实验测得普朗克常量h=6.63×10-34J·s.由这个假说推算出来的黑体辐射规律与观测事实符合得很好,但能量量子化的观点违背日常生活经验,当时没有被人接受,而普朗克本人也踌躇不前.讨论与交流师普朗克的能量子的假说与宏观世界中我们对能量的认识有什么不同?宏观世界中对能量的认识是连续的,运动物体今后的行为,是由过去的运动状态以及物体所受的作用力决定的,这就是牛顿力学的确定性,即如果知道物体初始的运动状态以及运动过程中的受力情况,那么就可以根据牛顿运动定律列出物体的运动方程,从而确定物体在任意时刻的运动状态.普朗克的能量子假说认为能量是不连续的,发射体和吸收体的能量变化不是连续的,而是一份一份地进行的,每一份就是一个最小的能量单元.这个最小的能量单位称为“能量子”,能量值只能取某个最小能量元的整数倍.在微观领域中能量的不连续变化,即只能取分立值的现象,叫做能量的量子化.二、光子说:对光电效应的解释1905年爱因斯坦发展了普朗克的能量子的假说,提出了光量子理论.爱因斯坦认为:普朗克把能量的不连续性只限于光的发射和吸收过程,这是不彻底的,即使在空间传播的过程中辐射的能量也是不连续的,也是一个个能量子组成的.具体地说,光在传播的过程中,也是不连续的,它由数值分立的能量子组成.爱因斯坦称这些能量子为光量子,也称为“光子”,光就是以光速c运动着的光子流.同普朗克的能量子一样,每个光子的能量也是hν,式中ν为光的频率,h为普朗克常量.光子说成功地解释了经典物理学所遭遇的另一难题——光电效应现象.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,这种现象叫光电效应现象.从金属表面逸出的电子叫光电子.经典理论中“光的波动说”认为光是一种波,它的能量是连续的,与光的强度有关,而与光的频率无关.光电效应实验显示:用微弱的紫光照射金属表面能立即产生光电子,而用很强的红光照射,无论照射多长时间,也没有光电子产生.就是说光电效应的产生取决于光的频率而与光的强度无关,这和光的波动说相矛盾.光子说可以很好地解释光电效应.按照光子说,光是由光子组成的,光子的能量是由频率决定的.光子照到金属上时,它的能量可以被金属中的电子吸收,电子吸收光子的能量后,本身的能量增加,如果能量足够大,电子就能克服金属离子对它的束缚,离开金属表面,逃逸出来,成为光电子.用微弱的紫光照射金属表面时,虽然光子的数目比较少,但是由于光子的频率大,每个光子的能量也足够大,光子的能量被电子吸收后,足以使电子从金属中逃逸出来;用很强的红光照射,虽然光子的数目很多,但光子的频率低,每个光子的能量不够大,光子的能量被电子吸收后,也不足以使电子从金属中逃逸出来.光电效应表明:光具有粒子性.三、光的波粒二象性:光的本性揭示两种学说的斗争历程:有两种关于光的本性的认识:光的波动性和光的粒子性.光是电磁波,它的波动性是我们所熟悉的.光是物质,具有能量.那么,它的粒子性又如何?牛顿是光的微粒学说的创始人.牛顿认为:光是从光源射出具有高速度的粒子流.微粒学说可以解释光的反射、折射、光的颜色等,因此,18世纪粒子说得到许多人的认可.但是,微粒说不能解释光的干涉、衍射等现象.荷兰物理学家惠更斯认为,光像水波一样,也是一种波,叫光波.19世纪60年代,英国物理学家麦克斯韦创立的经典电磁场理论揭示出:光是一种电磁波.因此到19世纪,波动说才代替微粒说,得到大家的承认.到20世纪,由于光电效应的出现,人们发现用电磁波来解释这一效应又出现了困难,这就触发了人们对光的本性的再认识.爱因斯坦第一个意识到普朗克量子假设的革命性意义,即能量量子化与牛顿力学和麦克斯韦的电磁理论是不相容的,并提出了光量子的假说,但光量子假说却将这种不相容表现得更为明显.因此,即使是量子化的首创者普朗克都拒绝接受光量子概念.1915年,美国物理学家密立根用实验精确证实了光量子的存在.直到1922年,康普顿效应的发现才最终令人信服地验证了光量子假说的正确性,使光量子概念开始为人们所接受.随后,光量子才正式命名为光子(photon).大量的事实证明:光既具有波动性又具有粒子性,也就是说光具有波粒二象性.实际上,在宏观上,大量光子传播往往表现波动性;在微观上,个别光子在与其他物质产生作用时,往往表现为粒子性.在光的双缝干涉实验中,如果短时间曝光,发现光子在底片上呈现不规则分布的点子,长时间光才形成明暗相间的条纹.这说明了光的波动性不同于机械波,也不同于经典意义下的电磁波,即表现为光子在空间各点出现的可能性的大小.所谓概率大,即出现光子的机会多,出现光子的数目多,也就是干涉、衍射时呈现的明亮的条纹;所谓概率小,即出现光子的机会少,出现光子的数目小,也就是干涉、衍射时呈现较暗的条纹.物质的波粒二象性法国物理学家德布罗意通过研究、分析、对比,灵感的火花闪过他的脑际,他意识到,既然光具有波粒二象性,那么静止质量不为零的物质粒子,如电子,也应该具有光波的性质.德布罗意进一步提出了物质波理论,根据这一理论,每个物质粒子都伴随着一种波,这种波称为物质波,又称概率波,后人称之为德布罗意波,德布罗意从理论上揭示了物质(包h括光子和电子)的统一性.同时他推导出物质波的波长:λ=p式中,λ是波长,p是实物的动量,它等于实物的质量与运动速度的乘积,即p = mv.h是普朗克常量.例:已知一个垒球的质量是1 kg,一个电子的质量是9.1×10-31 kg.垒球在地板上以1 m/s 的速度运动,电子经加速后在显像管中以1×107m/s的速度运动.它们的物质波波长各是多少?分析与计算:将数据代入德布罗意的物质波公式中,可以算出垒球与电子的物质波波长分别是:λ1≈ 6.6×10-34 mλ2≈ 0.7×10-10m.可见,垒球的波长远小于一个原子的直径,这是无法测量到的,难怪我们无法观察到常见物体的物质波.电子的波长虽然也很小,但是用精密的手段已可以测量.1927年,在实验室中已成功地拍摄到了电子的干涉照片.干涉与衍射是波的显著特征.物质波是对经典物理学在微观领域的又一次冲击,尽管它出乎常理,但独具一格,拓展了人们的视野,使人们对自然的认识又深入了一步.四、原子光谱:原子能量的不连续性如果按照经典理论,能量是连续变化的,则氢原子发光的光谱就应该包含一切频率的连续谱,而事实上氢原子光谱是由一系列不连续的亮线组成的线状谱.这说明原子只能处于一系列不连续的能量状态中,当原子从一种能量状态变化到另一种能量状态时,辐射(或吸收)一定频率的光子,辐射(吸收)的光子的能量是不连续的.量子论的发展带来了20世纪科学技术的繁荣,开辟了众多的高新技术领域,成为当今高科技的理论基础.量子论的发展也改变了人们的思维方式,强烈地影响着人类包括哲学家在内的社会和文化,也将对21世纪的科学进步产生深远的影响.课堂小结本节课我们明确了能量子假说的提出,学习了光子说,对光电效应的解释;通过光的波粒二象性,揭示了光的本性,明确了原子光谱、原子能量的连续性.板书设计第三节量子化现象备课资料1.“紫外灾难”我们都有这样的经验:放在炉火上加热到发热的螺丝刀可以将木柴点燃,说明它有很高的温度.因为物体在温度升高时颜色会发生变化,有经验的炼钢工人,根据钢水的颜色就能比较准确地判断钢水的温度.一般来说,暗红色约500 ℃,橙黄色约800 ℃,明亮的白色就有1 000 ℃以上了.在高温的物体附近,你会明显感觉到它辐射出来的热.物理学研究表明:物体在任何温度下都会发射出各种波长的电磁波,这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射出电磁波的现象称为热辐射.为了研究热辐射的规律,物理学家设想了一个理想模型:一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体,称之为黑体.黑体辐射涉及热、光、电磁现象,对黑体辐射的研究是19世纪后期的重要课题之一.人们发现黑体的辐射能力与黑体的辐射波长和温度有关,并得出了黑体的辐射强度与辐射波长、温度之间关系的实验曲线.为了从理论上导出符合实验曲线的公式,许多物理学家根据经典物理学的理论做了大量的实验尝试,但是导出的结果与实验曲线不相符合.其中,维恩公式在短波区与实验较吻合,长波区偏离较大;瑞利—金斯公式在长波区域与实验较一致,而在短波区域,即接近蓝、紫、紫外光时,与实验不相符合,更为严重的是,理论计算表明,随波长变短,即向紫外区域延伸时,瑞利—金斯公式的计算结果竟导致辐射能量无限大,而实验结果在紫外区域却趋于零.由于这个与实验不符的结果出现在紫外区域,所以人们称其为黑体辐射的“紫外灾难”.这也是开尔文所说的第二朵乌云.2.1924年,年轻的法国物理学家德布罗意(L.Broglie)在他的博士论文《关于量子理论的研究》中提出:在实物和辐射(电磁波)之间应存在某种对称性.他认为,既然辐射显示出波粒二象性,而像电子这样的实物,其行为仅表现出粒子性,这是不对称的.实物也应当具有波粒二象性.德布罗意的博士论文使学术委员会不知所措,最后寄给了爱因斯坦,征求他的意见.爱因斯坦被这篇论文深深地打动了,他评论说:“它是照在这个最难理解的物理学之谜上的一缕微弱的光线”,揭开了“自然界巨大面罩的一角”.物质波的假说一经提出,很快就被一系列实验所验证.例如,1927年,美国贝尔实验室的戴维孙(C.J.Davisson)、革末(L.H.Germer)及英国的汤姆孙(G.P.Tomson)通过电子衍射实验,在接收屏上得到了与光波一样的衍射图样.电子能发生衍射现象,证明电子具有波动性.微观粒子具有明显的波动性,宏观物质也具有波动性,但是极为不明显,而被忽略不计.总之,光与静止质量不为零的物质都具有波粒二象性.应当明确,粒子性或量子性的本质在于不连续性;波动性的实质在于对微观物体状态及运动描述的不确定性,不能把物质波理解为经典的机械波和电磁波模式.物质的波粒二象性被应用于实践.例如人眼无法辨别大小在微米以下的物体.要想看到这样小的东西,可以利用光学显微镜.对于光学显微镜来说,它能够分辨的物体的尺度与它使用的光的波长成正比,波长越短,能够看清楚的东西就越小.人们发现电子在150 V电压下的波长为0.1 nm,这个尺度刚好是原子的尺度,因此,可以利用电子的波动性来设计制造电子显微镜.3.量子是什么?煤矿的生产量可以用连续的方式变化.生产出来的煤可以增加或减少任意小的部分.但是矿上工作的矿工的数目只能以不连续的方式变化.如果有人这样说:“从昨天起工人的数量增加了3.783个”这句话是毫无意义的.当你问别人的口袋里有多少钱时,只能说出一个有两位小数的数.钱的总数只能以不连续地、跳跃式地变化.在美国,美元允许的最小变化,或者像我们所要说的,美国钱币的“基本量子”是1分.英国钱币的“基本量子”是1/4便士,它只值美国基本量子的一半.我们可以说某些量可以连续变化,而另外一些量只能不连续地变化,即从一个不能再分的单位一份一份地变化.这些不可再分的量就叫做某一种量的量子.我们称大量砂的时候,虽然它的颗粒结构非常明显,还是认为它的质量是连续的.但是砂变得很珍贵,而且所用的秤非常灵敏,我们就不得不考虑砂子质量变化的数目,是一个颗粒的质量的多少倍数.这一个颗粒的质量,就是我们所说的基本量子.从这个例子我们可以看到,以前一直认为是连续的量,由于我们测量精密度的增大,而显示出不连续性.假如我们要用一句话来表明量子论的基本观念,我们可以这样说:必须假定某些以前被认为是连续的物理量是由基本量子组成的.(摘自爱因斯坦,英费尔德《物理学的进化》)4.马克斯·普朗克(1)生平简介普朗克(Max Planck 1858~1947)近代伟大的德国物理学家,量子论的奠基人.1858年4月23日生于基尔.1867年,其父民法学教授J.W.von普朗克应慕尼黑大学的聘请任教,从而举家迁往慕尼黑.普朗克在慕尼黑度过了少年时期,1874年入慕尼黑大学.1877~1878年间,去柏林大学听过数学家K.外尔斯特拉斯和物理学家H.von亥姆霍兹和G.R.基尔霍夫的讲课.普朗克晚年回忆这段经历时说,这两位物理学家的人品和治学态度对他有深刻影响,但他们的讲课却不能吸引他.在柏林期间,普朗克认真自学了R.克劳修斯的主要著作《力学的热理论》,使他立志去寻找像热力学定律那样具有普遍性的规律.1879年普朗克在慕尼黑大学获得博士学位后,先后在慕尼黑大学和基尔大学任教.1888年基尔霍夫逝世后,柏林大学任命他为基尔霍夫的继任人(先任副教授,1892年后任教授)和理论物理学研究所主任.1900年,他在黑体辐射研究中引入能量量子.由于这一发现对物理学的发展作出的贡献,他获得1918年诺贝尔物理学奖.普朗克早期从事热力学的研究.他于1879年所写的毕业论文,就是关于热力学的第二定律,对克劳修斯的不可逆性定义提出了某些批评.1880~1890年,发表了一系列的论文,阐述了力学建立在热化基础上的热平衡理论,同时讨论了气体离解、渗透压力和溶液冰点下降、关于热力学定律的表述等问题.1900年,普朗克为了克服经典物理学对黑体辐射现象解释上的困难,创立了物质辐射(或吸收)的能量只能是某一最小能量单位(能量量子)的整数倍的假说,即量子假说.他引进了一个物理普适常量,即普朗克常量,以符号h表示,其数值为6.626176×10-27尔格·秒,是微观现象量子特性的表征.他从理论上导出了黑体辐射的能量按波长(或频率)分布的公式,称为普朗克公式.量子假说的提出对现代物理学,特别是量子论的发展起了重大的作用.普朗克于1918年获得诺贝尔物理学奖.自20世纪20年代以来,普朗克成了德国科学界的中心人物,与当时德国以及国外的知名物理学家都有着密切联系.1918年被选为英国皇家学会会员,1930~1937年他担任威廉皇帝协会会长.在那时期,柏林、哥廷根、慕尼黑、莱比锡等大学成为世界科学的中心,是同普朗克、W.能斯脱、A.索末菲等人的努力分不开的.在纳粹攫取德国政权后,以一个科学家对科学、对祖国的满腔热情与纳粹分子展开了为捍卫科学的尊严而斗争.1947年10月4日在哥廷根逝世.(2)科学成就①普朗克早期的研究领域主要是热力学,他的博士论文就是《论热力学的第二定律》.此后,他从热力学的观点对物质的聚集态的变化、气体与溶液理论等进行了研究.②提出能量子概念普朗克在物理学上最主要的成就是提出著名的普朗克辐射公式,创立能量子概念.19世纪末,人们用经典物理学解释黑体辐射实验的时候,出现了著名的所谓“紫外灾难”.虽然瑞利、金斯(1877~1946)和维恩(1864~1928)分别提出了两个公式,企图弄清黑体辐射的规律,但是和实验相比,瑞利-金斯公式只在低频范围符合,而维恩公式只在高频范围符合.普朗克从1896年开始对热辐射进行系统的研究.他经过几年艰苦努力,终于导出了一个和实验相符的公式.他于1900年10月下旬在《德国物理学会通报》上发表一篇只有三页纸的论文,题目是《论维恩光谱方程的完善》,第一次提出了黑体辐射公式.12月14日,在德国物理学会的例会上,普朗克作了《论正常光谱中的能量分布》的报告.在这个报告中,他激动地阐述了自己最惊人的发现.他说,为了从理论上得出正确的辐射公式,必须假定物质辐射(或吸收)的能量不是连续地、而是一份一份地进行的,只能取某个最小数值的整数倍.这个最小数值就叫能量子,辐射频率是ν的能量的最小数值ε=hν.其中h,普朗克当时把它叫做基本作用量子,现在叫做普朗克常量.普朗克常量是现代物理学中最重要的物理常数,它标志着物理学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”.1906年普朗克在《热辐射讲义》一书中,系统地总结了他的工作,为开辟探索微观物质运动规律新途径提供了重要的基础.(3)趣闻轶事普朗克进入科学殿堂以后,无论遇到什么困难,都没有动摇过他献身于科学的决心.他的家庭相继发生过许多不幸:1909年妻子去世,1916年儿子在第一次世界大战中战死,1917年和1919年两个女儿先后都死于难产,1944年长子被希特勒处死.但是普朗克总是用奋发忘我的工作抑制自己的感情和悲痛,为科学作出了一个又一个重要的贡献.他一生发表了215篇研究论文和7部著作,其中包括1959年所著的《物理学中的哲学》一书.在普朗克诞辰80周年的庆祝会上,人们“赠给”他一个小行星,并命名为“普朗克行星”.1946年他虽然体弱,但却非常高兴地出席了皇家学会的纪念牛顿的集会.普朗克为人谦虚,作风严谨.在1918年4月德国物理学会庆贺他60寿辰的纪念会上,普朗克致答词说:“试想有一位矿工,他竭尽全力地进行贵重矿石的勘探,有一次他找到了天然金矿脉,而且在进一步研究中发现它是无价之宝,比先前可能设想的还要贵重无数倍.假如不是他自己碰上这个宝藏,那么无疑地,他的同事也会很快地、幸运地碰上它的.”这当然是普朗克的谦虚.洛伦兹在评论普朗克关于能量子这个大胆假设的时候所说的话,才道出了问题的本质.他说:“我们一定不要忘记,这样灵感观念的好运气,只有那些刻苦工作和深入思考的人才能得到.”1947年10月3日,普朗克在哥廷根病逝,终年89岁.德国政府为了纪念这位伟大的物理学家,把威廉皇家研究所改名叫普朗克研究所.普朗克的墓在哥廷根市公墓内,其标志是一块简单的矩形石碑,上面只刻着他的名字,下角写着:尔格·秒.。
粤教版必修2物理5.3 量子化现象 课件1
四、原子光谱:原子能量的不连续
1. 经典理论与实验的矛盾 ①经典理论:能量是连续变化的,原子发光的光谱是连续谱。 ②实验结论:原子发光的光谱是不连续的线状谱—原子光谱。
2. 原子光谱的解释: 原子只能处于一系列不连续的能量状态中,当原子从一种
13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇,谁就心想事成。2021/7/302021/7/302021/7/302021/7/307/30/2021
14、谁要是自己还没有发展培养和教育好,他就不能发展培养和教育别人。2021年7月30日星期五2021/7/302021/7/302021/7/30
能量状态变化到另一能量状态时,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。
结论: 量子化现象是微观世界的普遍现象,这与经典
理论产生尖锐矛盾。这暴露了经典物理学的局限性 (宏观、低速)。从而引发了物理学的革命——量 子论的建立,使人类对物质的认识由宏观世界进入 微观领域。
3. 能量子假说: 所谓能量子就是能量的最小单元。微观领域里能量的变
化总表现为电磁波的辐射与吸收,不同频率的电磁波其能量 子的值不同,表达式为: E=hυ
其中,υ是电磁波的频率,h是一个普遍适用的常量,称 作普朗克常量。由实验测得h =6.63×10-34J·s。 4. 能量的量子化
在微观领域里能量的不连续变化,即只能取分第五章 经典力学与物理学革命
第三节 量子化现象
一. 黑体辐射:能量子假说的提出
1. 黑体: 如果一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无反
【2019-2020】高中物理第五章经典力学与物理学的革命第三节量子化现象检测粤教版必修2
教学资料参考范本【2019-2020】高中物理第五章经典力学与物理学的革命第三节量子化现象检测粤教版必修2撰写人:__________________部门:__________________时间:__________________A级抓基础1.下列物理事件和科学家不相对应的是( )A.普朗克最先提出能量量子化理论B.牛顿发现并建立了万有引力定律C.爱因斯坦提出了光子说,成功解释了光电效应现象D.霍金最早建立了狭义相对论解析:最早建立狭义相对论的是爱因斯坦,不是霍金.答案:D2.在演示光电效应实验中,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,验电器的指针会张开一个角度.如图所示,这时( )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,指针带负电解析:弧光灯照射锌板,有带负电的电子从板上飞出,所以锌板带正电.因为验电器和锌板有导线相连,故验电器和锌板都带正电.故B正确.答案:B3.(多选)对于原子光谱,下列说法正确的是( )A.原子光谱是连续的B.由于原子都是由原子核和电子组成的,所以各种原子的光谱是相同的C.各种原子的结构不同,所以各种原子的光谱也是不同的D.氢原子光谱是不连续的解析:原子光谱是不连续的,A错,D对;不同原子发出不同频率的光,B错,C对.答案:CD4.根据爱因斯坦的“光子说”可知( )A.“光子说”本质就是牛顿的“微粒说”B.光的波长越大,光子的能量越小C.一束单色光的能量可以连续变化D.只有光子数很多时,光才具有粒子性解析:光子并非实物粒子,其能量是一份一份的,不连续变化,每个光子的能量E=hν=,光的波长越大,光子能量越小,所以选项A、C错误,选项B正确;光子数很少时,光容易表现出粒子性,选项D错误.答案:B5.(多选)关于光的波粒二象性,下列说法中正确的是( )A.光的粒子性表现在能量的不连续上B.光的粒子性就是光是由一些小质点组成的C.光的波动性表现为光子运动的不确定性D.光的波动性就是光像水波一样呈波浪式传播解析:光子的能量E=hν,其中ν为光的频率,是一份一份的,是不连续的,体现了光的粒子性,A对.光的波动性和粒子性与宏观世界中的“波”和“微粒”有本质的区别,它是指粒子在什么地方出现存在一个概率问题,概率大的地方出现的可能性大,概率小的地方出现的可能性小,显示出波动性是一种概率波,C对,B、D错.答案:ACB级提能力6.现有a、b、c三束单色光,其频率关系为νa<νb<ν c.用b光束照射某种金属时,恰能发生光电效应.若分别用a光束和c光束照射该金属,则可以断定( )A.a光束照射时,不能发生光电效应B.c光束照射时,不能发生光电效应C.b光的强度减小时,不能发生光电效应D.b光的强度增大时,不能发生光电效应解析:a、b、c三束单色光的频率νa<νb<νc,已知用b光束照射某种金属时,恰能发生光电效应,则c光束照射能发生光电效应,a 光束不能,A对、B错;能否发生光电效应只与光的频率有关,与光的强度无关,C、D均错.答案:A7.太阳能发电是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能的.假设有N个频率为ν的光子打在硅光电池极板上并完全被转化为电能,则产生的电能为( )A.hν B.NhνC.NhνD.2Nhν解析:由普朗克量子理论可知,频率为ν的单个光子能量ε=hν,则N个这样的光子的总能量为Nhν,故C正确.答案:C8.按照玻尔理论,一个氢原子中的电子从半径为ra的圆周轨道上自发地直接跃迁到一个半径为rb的圆周轨道上,ra>rb.关于原子发射光子的频率说法正确的是( )A.原子要发出一系列频率的光子B.原子要吸收一系列频率的光子C.原子要发出某一频率的光子D.原子要吸收某一频率的光子解析:根据玻尔理论,电子从高能级向低能级跃迁时,原子要发出某一频率的光子,且满足hν=Em-En,所以选项C正确.答案:C9.假设一只功率为P、发出单色光的灯,辐射出光的频率为ν,在距离该灯为R的较远某位置,有一正对该灯的较小面积S,则时间t 内,面积S上获得的光子数是多少(h为普朗克常量)?解析:灯在时间t内辐射的能量E=Pt,单个光子的能量ε=hν,所以面积S上获得的光子数n==.答案:PtS4πR2hν。
高中物理第五章经典力学与物理学革命第三节量子化现象第四节物理学__人类文明进步的阶梯课件粤教版必修2
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一、量子化现象
1.黑体辐射:如果一个物体能够吸收照射到它上面的全部辐射而无 反射, 这一物体就称为黑体.黑体辐射是指黑体发出的 电磁辐射. 2.光电效应:当用一些波长 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电子.光电 效应的产生取决于光的 频率 而与光的 强度 无关.
第三节 量子化现象
第五章
第四节 物理学——人类文明进步的阶梯
知识目标
核心素养
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.了解光电效应、原子能量的不 连续性及光的波粒二象性.
1.知道量子论的建立对人类认识世界和 科学发展的重要影响. 2.了解物理学对人类文明进步的影响.
内容索引
答案 4.5×1021个
解析
答案
针对训练 (多选)关于量子假说,下列说法正确的是 A.为了解决黑体辐射的理论困难,爱因斯坦提出了量子假说
√B.量子假说第一次得出了不连续的概念 √C.能量的量子化就是能的不连续化
D.量子假说认为电磁波在空间中的传播是不连续的
解析 普朗克提出了量子假说,认为物质发射和吸收能量时,能量不是 连续的,是一份一份进行的.它不但解决了黑体辐射的理论困难,更重要 的是提出了“量子”概念,揭开了物理学崭新的一页,选项B、C正确.
3.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. 4.原子光谱:原子只能处于一系列 不连续 的能量状态中,当原子从一种能 量状态变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)光子的能量是不连续的. 二、物理学与现代技术 物理学的发展推动了科学技术的高速发展,几乎所有重大的新技术领域, 如 原子能技术 、 激光技术 、电子和信息技术 等的创立,都是在物理学中 经过了长期的酝酿,在理论上和实验上取得突破,继而转化为技术成果的.
高中物理第五章经典力学与物理学的革命第3节量子化现象素材粤教版2教案
第3节量子化现象量子效应是在超低温等某些特殊条件下,由大量粒子组成的宏观系统呈现出的整体量子现象。
而量子系统即是其中微观粒子呈现出波动性的系统。
表现出显著量子效应的量子系统称为是简并(退化)的系统,相应的特征温度称为简并温度(退化温度)。
中文名量子效应外文名Quantum benefit理论简介根据量子理论的波粒二象性学说,微观实物粒子会象光波水波一样,具有干涉、衍射等波动特征,形成物质波(或称德布罗意波)。
但日常所见的宏观物体,虽然是由服从这种量子力学规律的微观粒子组成,但由于其空间尺度远远大于这些微观粒子的德布罗意波长,微观粒子量子特性由于统计平均的结果而被掩盖了。
因此,在通常的条件下,宏观物体整体上并不出现量子效应。
然而,在温度降低或粒子密度变大等特殊条件下,宏观物体的个体组分会相干地结合起来,通过长程关联或重组进入能量较低的量子态,形成一个有机的整体,使得整个系统表现出奇特的量子性质。
例如,原子气体的玻色-爱因斯坦凝聚、超流性、超导电性和约瑟夫逊效应等都是宏观量子效应。
应用实例微观粒子呈现出波动性,即粒子的“轨道”已经失去了意义——轨道发生了弥散(模糊);当弥散的轨道在空间发生一定的重叠时,各个粒子的几率分布也有一定的关联——量子关联。
因此可以认为产生量子效应的条件是:①粒子的de Broglie波长>>粒子的平均间距时,系统即为量子系统。
根据de Broglie波长l = h /(2mE) 关系,知道:粒子的质量越小、能量越低、分布密度越大的系统,越容易呈现出量子效应。
②量子关联长度>粒子的平均间距时,系统即为量子系统。
这时粒子的位置x与动量p不能同时确定,位置的不确定度Δx即可认为是量子关联长度;温度T是影响动量不确定度Δp 的一个因素:由自由粒子的平动动能p/2m = 3kT/2,得动量不确定度Δp ≈ (3mkT),则位置的不确定度(量子关联长度)Δx ≈ h /(3mkT) 。
物理粤教版高一必修2_第五章第三、四节量子化现象_物理学_人类文明进步的阶梯_课件
[判一判] 3.(1)光既不是经典意义上的波,也不是经典意义上 的粒子.( ) (2)光子说并未否定电磁说.( ) 提示:(1)√ (2)√
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四、原子光谱:原子能量的不连续 1.原子光谱 按照经典理论,能量是连续变化的,由此氢原子发光的光谱 就应该是包含一切频率的连续谱,而事实上氢原子光谱是由 一系列____不__连__续____的亮线组成的___线__状__谱_____. 2.原子光谱的解释 (1)原子只能处于一系列____不__连__续____的能量状态中. (2)当原子从一种能量状态变化到另一种能量状态时,会辐射 (或吸收)一定频率的光子,所辐射(或吸收)的光子的能量是 ___不__连__续_____的.
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五、物理学与自然科学——人类文明进步的基石 物理学是__自__然__科__学____的基础之一,物理学的研究成果和研 究方法,在自然科学的各个领域都起着重要的作用. 六、物理学与现代技术——人类文明进步的推动力 物理学的发展推动了科学技术的高速发展.几乎所有重大的 新技术领域,都是在物理学中经过了长期的酝酿,在 ___理__论__上_____和____实__验__上____取得突破,继而转化为技术成 果的.
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③能量子的能量ε=______h_ν_____. 即能量子的能量在数值上等于辐射的频率ν和一个常数h的乘 积.h是普朗克常量,h=6.63×10-34 J·s. (2)能量的量子化是指在微观领域中能量的不连续变化,即只 能取____分__立__值____的现象.
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[想一想] 1.普朗克认为能量是量子化的,为什么我们感觉物 体温度的变化是连续的? 提示:普朗克常量h非常小,对于宏观物体可认为趋近于零, 量子化特征显示不出来,通常我们观测不到量子化特征,所 以对物体温度的变化,会感觉是连续的.
5.3量子化现象学案2(粤教版必修2)
§5.3量子化现象【学习目标】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.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.情感、态度与价值观:1、通过了解量子论的建立和发展过程,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.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.【学习重点】1、黑体辐射:能量子的假说的提出。
2、光子说:对光电效应的解释。
【知识要点】【问题探究】有的同学是这样来理解“量子化”的:他认为整个世界是“量子化”的.我们描述客观世界的数量时,所用的单位如果小到一定程度,数字就不能任意连续了.比如,我们可以说4.5万人,可如果说4.5个人却是荒唐的,也就是说,人口数量只能取分立的值.我们说某人有3.3万元钱是可以的,如果说有 3.3分钱则是无实际意义的,因为人民币的最小单位是“分”……你认为上述说法和类比有道理吗?究竟该怎样理解微观世界的量子化现象?我的思路:如果我们规定人民币的最小单位比“分”还小的话,按照上述说法,“3.3分钱”就又是有意义的了.然而,客观世界的性质不应因人们不同的描述方法而不同.【典型例题】例1常数h=6.6×10-34J·s,光速c=3×108 m/s)()A、2种B、3种C、4种D、5种分析:先求出单色光的光子能量,J,再将该数值与表中各种金属的逸出功进行比较,可得出能产生光电效应的有铯、钙两种。
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第3节量子化现象
二、教学过程
(一)黑体辐射:能量子假说的提出
1、讨论宏观世界中人们对能量的认识。
(能量是连续的)
2、讲解黑体辐射,指出经典能量观无法解释黑体辐射。
3、普朗克为了克服经典物理解释黑体辐射时的困难,提出了量子说。
4、讨论普朗克提出量子说的伟大意义。
(二)光子说:对光电效应的解释
1、指出普朗克量子说存在的不足,爱因斯坦对普朗克的量子说的完善。
2、指出爱因斯坦提出光子说的伟大意义,刚开始不为大多物理学家所赞同,连普朗克本人也抱怨说“太过分了”,直到用光子说成功得解释了光电效应之后,才被肯定。
3、光电效应实验
A、介绍实验仪器:验电器、锌板、弧光灯、红和紫透明塑料纸
B、演示步骤:第一、用红透明纸放在强弧光灯前,让强灯光透过红纸照在锌板上,观察验
电器的现象。
第二、用紫色透明纸放在弱弧光灯前,让弱灯光透过紫色纸照在锌板上,观
察验电器的现象,与第一部比较。
3、讨论实验结果。
用经典物理无法解释:经典理论中“光的波动说”认为光是一种波,他的能量是连续的,由光的强度决定与频率无关,这样的话,用强的红光照射应该有更多的电子跑出来,验电器的张开的角度应该更大;而用微弱的紫光照射时,验电器张开的角度应该很小很小。
而实验的现象是,用强红光照射时,验电器不张开,而用微弱的紫光照射时,验电器马上张开,理论与实验相矛盾。
1[11]
用爱因斯坦的光子说解释:光是由光子组成的,光子的能量有光的频率决定的,当用红光照射时,光子的频率不够高,光子的能量不够大,所以即使金属电子吸收了光子也没有足够的能量从金属中跑出拉;而即使用微弱的紫光照射,紫光光子的频率比较高,能量比较高,金属里的电子吸收了光子之后,有足够的能量从金属表面逃逸出来。
4、总结实验现象,得出结论:光是由光子组成的,决定光子的能量是频率,光有粒子性。
(三)光的波粒二象性:光的本质的揭示
1、对比光的粒子性,讲述光的波动性的支持者:惠更斯、杨和麦克斯韦的主要观点和实验依据。
2、作光的干涉实验,让学生观察实验认识光具有波动性。
3、解释光是一种概率波:
通过几个例子应到学生认识分立性与连续性是联系的:
A、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。
B、下雨天,一开始是雨点,是分立的,下大了以后,就变成连续的了。
C、同样,在胶片上当曝光量很少时,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。
2[12]
结论:1、光既有波动性又有粒子性,在宏观上,大量光子传播,表现为波动性;在宏观,个别光子与其他物质产生作用时,往往表现为粒子性。
2、光是一种概率波,在干涉实验中,亮条纹的地方,光子出现的几率大,出现的光子数目多;暗条纹的地方,光子出现的几率小,光子出现的数目小。
(四)、原子光谱:原子能量的不连续
引导学生观察图5-3-4了解微观粒子能量是不连续的。
(五)、活动
讨论量子论建立的意义,从对科学技术的进步、人类文明的进步及对人们思维方式的影响等角度进行讨论。
三、总结巩固
作业:查找资料写一篇有关“光的本质”的小论文。
四、作业
课后习题第1,2题
五、小结
本节内容对学生来说,无法用已有的经典物理的观点去理解,学生缺乏相关知识的铺垫,因而对教学会造成相当大的困难.首先应正确地定位教学的层次和难度,《课程标准》对本节要求的知识技能目标是“初步了解和知道”,在必修课程中编排现代物理的内容,目的是使学生在完成必修课程后对物理学的发展和前景有整体性了解,也是为进一步激发学生学习物理的兴趣,所以教学要求以了解为主,不做更高要求.
六、板书设计
第三节量子化现象。