2019-2020年高中物理 6.2量子世界教案 鲁科版必修2
2019_2020学年高中物理第6章相对论与量子论初步第2节量子世界学案鲁科版必修2
第2节量子世界1.通过对简单现象的探究，建立热辐射、黑体、能量子的概念．2.了解普朗克“量子假说”的背景和“量子假说”的主要内容，体会经典力学的局限性．3.了解爱因斯坦“光量子说”的含义，知道光具有波粒二象性．4.了解德布罗意的物质波假说及意义．[学生用书P88]一、紫外灾难1．热辐射：因物体中的分子、原子受到激发而发射出电磁波的现象．物体在任何温度下都会发射出各种波长的电磁波．2．黑体：一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体，它是物理学家为了研究热辐射的规律而设想的一个理想模型．3．紫外灾难(1)实验曲线：人们发现，黑体的单色辐出度与黑体的辐射波波长和温度有关，并得出了黑体的单色辐出度与辐射波波长λ(μm)、温度T(K)之间关系的实验曲线．(2)紫外灾难：在推导符合实验曲线的公式时，发现结果与实验曲线不符．这个与实验不符的结果出现在紫外区．黑体是黑色的吗？热辐射的物体温度一定很高吗？提示：我们说的黑体并不是指物体的颜色，它是指能完全吸收电磁波的物体．热辐射不一定需要高温，任何温度的物体都存在热辐射，只是温度的高低影响热辐射的强弱．二、不连续的能量1．量子假说的内容(1)物质辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的整数倍，即E＝nε(n＝1，2，3…)．(2)辐射是由一份份的能量组成的，一份能量就是一个量子．量子的能量大小取决于辐射的波长，量子的能量ε与频率ν成正比，即ε＝hν＝h cλ，h为普朗克常数．2．量子化：本质是不连续性，在微观世界里，量子化或不连续性是明显的．微观物质系统的存在是量子化的，物体之间传递的相互作用量是量子化的，物体的状态及其变化也是量子化的．1．(1)首先提出量子理论的科学家是爱因斯坦．( )(2)一个量子就是组成物质的最小微粒，如原子、分子．( )(3)在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的．( )提示：(1)× (2)× (3)√三、物质的波粒二象性1．物理学史(1)光的微粒说的创始人是牛顿，可以解释光的反射、光的颜色等． (2)光的波动说的代表人物是惠更斯． (3)光量子假设的提出者是爱因斯坦，直到康普顿效应的发现才验证了光量子假说的正确性．2．光的本质：光具有波粒二象性，它在一定条件下，突出地表现出微粒性，实质是不连续性；而在另一些条件下，又突出地表现出波动性．3．物质波：物理学家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，这种波被称为物质波，又称为概率波，戴维孙、革末及汤姆孙的电子衍射实验证实了物质波的存在．4．结论：光与静止质量不为零的物质都具有波粒二象性．2．(1)光像原子一样是一种微粒，光又像机械波一样是一种波．( )(2)波粒二象性是牛顿的微粒说与惠更斯的波动说结合起来的学说．( )提示：(1)× (2)×对量子化假设的理解[学生用书P89]1．量子化假设：普朗克提出物质辐射(或吸收)的能量E 只能是某一最小能量单位的整数倍，E ＝nε(n ＝1，2，3…)，n 叫做量子数．量子的能量ε＝hν＝hc λ.式中h 为普朗克常数(h ＝6.63×10－34 J ·s)，是微观现象量子特性的表征，ν为频率，c 为真空中的光速，λ为光波的波长．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、物体之间传递的相互作用量、物体的状态及变化等都是量子化的．命题视角1 量子化假设的考查(多选)关于对普朗克量子假说的认识，下列说法正确的是( )A ．振动着的带电微粒的能量只能是某一能量值εB ．带电微粒辐射或吸收的能量只能是某一最小能量值的整数倍C．量子的能量与电磁波的频率成正比D．这一假说与现实世界相矛盾，因而是错误的[解析] 根据普朗克量子假说：物质辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的整数倍可知，A错误，B、C正确；普朗克量子假说反映的是微观世界的特征，不同于宏观世界，D错误．[答案] BC命题视角2 公式ε＝hν＝h cλ的应用根据量子理论，光子的能量E0＝hν＝hcλ，其中c为真空中的光速、ν为光的频率、λ为光的波长，普朗克常数取h＝6.6×10－34 J·s.已知太阳光垂直照射时，每平方米面积上的辐射功率为P＝1.35 kW.假设太阳辐射的平均波长为λ－＝6.6×10－7 m则在垂直于太阳光的S＝1 m2面积上，每秒钟内可以接收到多少个光子？[解题探究] (1)太阳光垂直照射时，每平方米面积上每秒钟得到的阳光总能量E是多少？(2)每秒钟内接收到光子数N、每平方米面积上每秒钟得到的阳光总能量E与太阳光平均一个光子的能量E0之间满足什么关系？[解析] 依题意，太阳光平均一个光子的能量为E0＝hcλ－，在1 m2面积上，1 s内得到的阳光总能量为E＝Pt，得到的光子个数N＝EE－0＝Pthcλ－＝Ptλ－hc＝1.35×103×1×6.6×10－76.6×10－34×3×108＝4.5×1021(个)．[答案] 4.5×1021个(1)要学会公式间的变换，即由一个光子能量ε＝hν和ν＝cλ得ε＝hcλ.(2)涉及比例关系的题目，关键是弄清物理量中谁与谁的比例关系．波粒二象性的理解[学生用书P89]1．光的波粒二象性(1)宏观上，大量光子表现为波动性，如光的干涉、衍射现象；对不同频率的光，频率越低、波长越长，表现出的波动性越显著．(2)在微观上，个别光子与其他物质产生作用时表现为粒子性，如光电效应现象、康普顿效应现象，频率越高、波长越短，表现出的粒子性越显著．(3)光子说说明光具有粒子性，而光子的能量与其频率成正比，频率是波动性特征的物理量．因此光子的能量ε＝hν显示了光的波动性和粒子性之间的密切联系．2．物质的波粒二象性(1)德布罗意认为，静止质量不为零的物质粒子(如电子)也具有波动性，每个物质粒子都伴随着一种波，这种波称为物质波，又称为概率波．(2)由于宏观物体运动动量(p ＝mv )较大，根据德布罗意波长与动量的关系λ＝h p其波长非常小，很难观察到它们的干涉、衍射等波的现象，但它们仍然具有波动性．命题视角1 光的波粒二象性的考查(多选)关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是( )A ．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性B ．光波频率越高，粒子性越明显C ．能量较大的光子其波动性越显著D ．光的波长越长，波动性越显著[解析] 光与物质相互作用时，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，选项A 正确．光的频率越高，能量越大，粒子性越显著；波长越长，频率越低，波动性越显著，选项B 、D 正确，选项C 错误．[答案] ABD命题视角2 物质波的考查(多选)下列关于物质波的认识，正确的是( )A ．任何一个运动的物体都有一种波和它对应，这就是物质波B ．X 光的衍射证实了物质波的假设是正确的C ．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的D ．物质波是一种概率波[解析] 由物质波的定义可知，任何一个运动的物体都有一种波与它对应，即物质波是一种概率波，故选项A 、D 正确；X 光的衍射说明了光是一种波，而光是电磁波，不同于物质波，故选项B 错误；电子的衍射证实了物质波的存在，故选项C 正确．[答案] ACD(1)微观粒子具有明显的波动性，宏观物质也具有波动性，但极不明显．(2)光具有波粒二象性是微观世界具有的特殊规律，不可把光当成宏观概念中的波和粒子．光在传播过程中往往显示波动性，在与物质作用时显示粒子性．量子化理论的应用技巧[学生用书P90]1．量子化假设与传统的经典物理的连续性概念是不同的，微观物质系统的存在是量子化的，物体间传递的相互作用是量子化的，物体的状态及其变化也是量子化的．2．量子化假设说明最小能量ε＝hν由光的频率决定．要计算宏观物体辐射的总能量与光子个数的关系E 总＝N ·hν.3．由公式ν＝c 真λ真知，假设已知光在真空中的波长和速度，便可求出光的频率，再由ε＝hν便可知一份光量子的能量．氦氖激光器发射波长为6 328 A 。
高中物理 第6章 第2节 量子世界知识探究 鲁科版必修2
- 1 - 量子世界-知识探讨
合作与讨论
光究竟是什么？一种说法认为：“光是一种类似于小球的粒子,它的行为就像一个质点,遵循反射定律,立竿见影是有力证明”；另一种说法认为：“光是一种波,就像水波、声波一样,薄膜或肥皂泡上的花纹是有力证明.”你认为他们谁的说法是正确的？查阅相关资料解决这个问题.
我的思路：光具有波粒二象性,光有时候表现为波动性,有时候表现为粒子性.
思考过程
1.紫外灾难：黑体辐射的能力与辐射波长和温度有关,瑞利－金斯公式在长波区域与实验吻合,而在短波区域出现严重的不符,由于这个实验与理论严重不符的结果出现在短波的紫外区域,所以称为“紫外灾难”.
2.量子：辐射是由一份份的能量组成的,就像物质是由一个个的原子组成的一样,辐射中的一份能量就是一个量子.
3.物质的波粒二象性：法国物理学家德布罗意认为,既然光具有波粒二象性,那么质量不为零的任何粒子,如电子,也具有波的性质.
例题解析
【例题】 关于光的本性,早期有牛顿的微粒说和惠更斯的________,后来又有麦克斯韦的电磁说.20世纪初,为解释________现象,爱因斯坦提出了光子说.________实验证实了实物粒子也具有波动性.
解析：光的本性早期由牛顿和惠更斯的粒子说和波动说的争论,麦克斯韦的电磁说与光电效应现象证明了光的波粒二象性,电子衍射实验证实了实物粒子也具有波动性. 点评：历史史实的了解是解决本题的关键.
知识总结
规律：黑体辐射的特点.
知识：黑体辐射,量子,波粒二象性.
方法：光子能量的计算方法：E =h
c .。
物理：-6.2-《量子世界》课件(鲁科版必修2)
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莫名の种子,不知道是哪位强者给种下の,难道会是老疯子所为不成?"师兄,你怎么了没事吧?"见根汉神色有些奇怪,惜夕问丶根汉说："没什么,可能有些感伤吧,毕竟这么多年没见了。""放心吧,不是说万域就会连成壹域了吗,到时候咱们自然会再相见の丶"惜夕可不知道根汉脑子里想の什么丶根 汉点了点头沉声道："无心峰の五师兄妹,迟早会再见の。"只是后半句话,他没有说出口,不知道再聚首の时候,到底是好还是坏呀丶根汉有些疲惫回到了屋里,惜夕也去休息了,元灵中の伊莲娜尔也苏醒了,似乎猜到了根汉所想丶"你是怀疑,那种子是你师父放の?"她猜丶根汉也不瞒她："确实是这 么想过,这个老疯子什么事情都做得出来,也没什么好奇怪の,而且看来他能掌握咱の动向。""也不壹定吧,你不是说他是不死之身,而且没有人知道他の实力,也许他会占卜测算之术吧,或许能知道你の位置。"伊莲娜尔现在也看不透了丶这个世界の修仙者,按理说,现在是远远没有出现与当年她们 那壹辈の修仙者匹敌の情况,可是现在这个环境,却远超过了太古时代丶肆165你再去找他根汉叹道："咱自然是希望不要是他放の,毕竟是他当年带咱上の无心峰,领咱进の修仙界の门,不然の话咱现在还是尧城の壹个花花公子哥,还是壹个人人唾弃の败类。""而且怕是早就尸骨无存了,更没有机会 来到南风圣城成为这里の城主,更没有可能认识姐姐你了。"伊莲娜尔笑道："你现在倒是感伤起来了,时不时の就下当年呀你这是。""没办法嘛,年纪大了,总是会对于过去の壹些事情感伤の。"根汉笑道："人也就只剩下这点回忆了。""你可不剩下回忆,你还有家人,还有朋友。&#
鲁教版高中物理必修2第6章第2节量子世界备课参考：教案+课件+知识探讨+同步练习题(4份)量子世界 课件ppt
实验曲 线
λ/μm • 物理学家想通过经典物理学理论推导出实验
曲线。
• 普朗克从1894年 起投入对黑体辐 射的研究，奋斗 了6年。在用经典 理论无法解释实 验结果的情况下， 提出了崭新的量 子假说，成功的 解决了“紫外灾 难”的问题。
• 普朗克的量子假说认为：物质辐射 的能量是一份一份的，就像物体是 由一个一个原子构成的一样。
• 可以解释光的反射、光的颜色等。18世 纪被大多数人说认可。
• 但却不能解释光的干涉、衍射等。
• 2、荷兰物理学家惠更斯认为，光像 水波一样，是一种波，称为光波。
• 19世纪60年代，英国物理学家 麦克斯韦又提出光是一种电磁波。 即光的波动说。
• 可以解释光的干涉、衍射等
• 到19世纪，波动说就取代了微粒说， 得到大多数人的认可。
光速是相对的，在不同 的参照系上测量，光速 可能不同。
时间与 绝对的时间与绝对的
空间
空间，时ห้องสมุดไป่ตู้与空间和 物体的运动无关
质量 物体的质量是恒定的。
在任何惯性系中，测量 的光速都相等。
时间与空间是相对的与 物体的运动有关，（时 间延缓效应、长度收缩 效应）
物体的质量与运动有关， 运动时质量变大。
使用范
低速世界（我们所生活 的这个世界）
• 热辐射：任何物体在任何温度下都会发射各 种波长的电磁波。
• 当温度达到一定值时，使发射电磁波的波长 在可见光波长范围内，就可以看到光。
• 任何物体都可以发射热辐射，也可以吸收吸 收热辐射。
• 黑体：一个能完全吸收热辐射而不反射热辐 射的物体。（即光射进去之后完全不反射出 来）
• 科学家们通过实验得出：黑体辐射的波长与 温度的关系。 T/K
高中物理(鲁科版必修2)教师用书：第6章 第1节 高速世界 第2节 量子世界 含答案
第2节量子世界学 习 目 标知 识 脉 络1.了解高速世界的两个基本原理，知道时间延缓、长度缩短、质速关系、质能关系和时空弯曲，能应用相对论知识解释简单的现象．(重点)2.了解经典物理学的局限性，知道经典时空观与相对论时空观之间的关系．(重点)3.了解普朗克“量子假说”的背景和“量子假说”的主要内容，体会经典力学的局限性.4.了解爱因斯坦“光量子说”的含义，知道光具有波粒二象性．(难点)爱 因 斯 坦 的 狭 义 相 对 论[先填空]1．两个基本原理(1)相对性原理所有物理规律在一切惯性参照系中都具有相同的形式．(2)光速不变原理在一切惯性参照系中，测量到的真空中的光速c都一样(c＝3×108 m/s)．2．两个效应(1)时间延缓效应[后思考]如果你使一个物体加速、加速、再加速，它的速度会增加到等于光速甚至大于光速吗？【提示】不能．因为物体的质量随速度的增大而增大，假若物体的速度趋近于光速，这时物体的质量会趋近于无穷大，故不可能把物体的速度增大到等于光速，当然更不可能大于光速，因为光速是速度的最大值．1．半人马星座α星是离太阳系最近的恒星，它距地球为4.3×1016 m．设有一宇宙飞船自地球往返于半人马星座α星之间．(1)若宇宙飞船的速率为0.999c，按地球上时钟计算，飞船往返一次需要时间为________s.(2)如以飞船上时钟计算，往返一次的时间为________s.【解析】(1)由于题中恒星与地球的距离s和宇宙飞船的速度v 均是地球上的观察者测量的，故飞船往返一次，地球时钟所测时间间隔Δt＝＝2.87×108 s.(2)可从相对论的时间延缓效应考虑．把飞船离开地球和回到地球视为两个事件，显然飞船上的钟测出两事件的时间间隔Δt′是固定的，地球上所测的时间间隔Δt与Δt′之间满足时间延缓效应的关系式．以飞船上的时钟计算，飞船往返一次的时间间隔为Δt′＝Δt＝1.28×107 s.【答案】(1)2.87×108 s(2)1.28×107 s2．一支静止时长l的火箭以v的速度从观察者的身边飞过．(1)火箭上的人测得火箭的长度应为________．(2)观察者测得火箭的长度应为________．(3)如果火箭的速度为光速的二分之一，观察者测得火箭的长度应为________.【导学号：45732162】【解析】(1)火箭上的人测得的火箭长度与火箭静止时测得的长度相同，即为l.(2)火箭外面的观察者看火箭时，有相对速度v，测量长度将变短，由相对论长度收缩效应公式知l′＝l，其中c为真空中的光速．(3)将v＝代入长度收缩效应公式得l′＝l.【答案】(1)l (2)l (3)l3．太阳内部不停地发生着剧烈的热核反应，在不断地辐射能量．因而其质量也不断地减少．若太阳每秒钟辐射的总能量为4×1026 J，试计算太阳在1 s内失去的质量为________kg.【解析】由太阳每秒钟辐射的能量ΔE可得其每秒内失去的质量为：Δm＝＝kg＝×1010kg≈4.4×109 kg.【答案】 4.4×109量 子 化 理 论[先填空]1．量子假说的内容(1)物质辐射(或吸收)的能量E只能是某一最小能量单位的整数倍，即E＝nε(n＝1,2,3，…)．(2)辐射是由一份份的能量组成的，一份能量叫做一个量子．量子的能量大小取决于辐射的波长，量子的能量ε与频率ν成正比，即ε＝hν＝h，h为普朗克常数．(h＝6.63×10－34 J·s)2．量子化本质是不连续性，在微观世界里，量子化或不连续性是明显的．微观物质系统的存在是量子化的，物质之间传递的相互作用量是量子化的，物体的状态及其变化也是量子化的．3．光的本质光具有波粒二象性，它在一定条件下，突出地表现出微粒性，实质是不连续性；而在另一些条件下，又突出地表现出波动性，因此，光具有波粒二象性．[再判断]1．运动的物体具有波粒二象性，而静止的物体不具有波粒二象性．(×)2．所谓量子或量子化，本质是不连续性．(√)3．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著．(√)[后思考]平时生活中，为什么很难碰到量子化的现象？【提示】量子化在微观世界里表现明显，在宏观世界里表现不明显．(1)大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果显示出粒子性．(2)光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此ε＝hν，揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．(3)对不同频率的光子，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．4．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到的最小功率是( )A．2.3×10－18 W B．3.8×10－19 WC．7.0×10－10 W D．1.2×10－18 W【解析】因每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，所以察觉到绿光所接收的最小功率P＝，式中E＝6ε，又ε＝hν＝h，可解得P＝W≈2.3×10－18 W.【答案】A5．为了验证光具有波动性，某同学采用下列做法，其中可行的是( )【导学号：45732163】A．让一束光照射到一个轻小物体上，观察轻小物体是否会振动B．让一束光通过一狭缝，观察是否发生衍射现象C．让一束光通过一圆孔，观察是否发生小孔成像。
鲁科版必修2《量子世界》说课稿
鲁科版必修2《量子世界》说课稿一、导入引言大家好，我是今天的主讲人。
今天要给大家带来的是鲁科版必修2《量子世界》这一章的说课稿。
量子力学是一门非常前沿、神秘而又令人着迷的学科，它探索的是微观世界的规律。
通过学习《量子世界》，同学们将会对量子力学的基本概念有一个初步的了解，对于科学研究的前沿领域也将有更深刻的认识。
二、情境引入同学们，我们身处的这个世界是微观和宏观的交织。
以往我们学习的物理都是建立在经典物理学的基础之上的，而经典物理学无法解释微观世界的一些奇特现象。
例如，光的波粒二象性、电子的波动性和粒子性等。
究竟量子力学是怎样解释这些微观世界的现象的呢？三、教学目标在本节课中，我们的教学目标主要有以下几点： - 了解量子力学的基本概念； - 掌握光的波粒二象性和电子的波粒二象性； - 了解量子力学的数学表达方式。
四、教学内容4.1 量子力学的引入在这一部分，我们将首先引入量子力学的基本概念，并带领同学们了解到量子力学与经典物理学的差异，为后续的学习做好铺垫。
4.2 光的波粒二象性量子力学有一个非常重要的概念，那就是波粒二象性。
光的波粒二象性表明光既有波动性，又有粒子性。
我们将通过实验和理论解释来让同学们深入理解这一概念，并进行思辨讨论。
4.3 电子的波粒二象性和光一样，电子也具有波粒二象性。
我们将通过电子的干涉和衍射实验来说明电子的波动性和粒子性，并引导同学们思考电子是如何实现波动和粒子性的转变的。
4.4 量子力学的数学表达方式量子力学有自己独特的数学表达方式，其中波函数和薛定谔方程是最重要的两个概念。
我们将通过一些简单的数学推导和实例来引导同学们理解波函数和薛定谔方程的基本原理和应用。
五、教学重点与难点5.1 教学重点•量子力学的基本概念；•光的波粒二象性、电子的波粒二象性；•量子力学的数学表达方式。
5.2 教学难点•量子力学的基本概念理解深入；•波粒二象性的理论解释；•薛定谔方程的理解和应用。
物理：-6.2-《量子世界》课件(鲁科版必修2)
4、光具有波粒二象性：光
在一定条件下，突出地表现 为微粒性，实质是不连续的。 而在另一些条件下，又突出 地表现为波动性。
5、法国物理学家德布罗意通过研究，意识到 既然光具有波粒二象性，那么质量不为零的 物质粒子（如电子）也应具有波动性。 提出了物质波理论：每个物质的粒子都 伴随着波，这种波就叫做物质波，又称为概 率波。 德布罗意物质波理论揭示了物质（包括 光和电子）的统一性。
科学家们通过实验得出：黑体辐射的波长与 温度的关系。 T/K
瑞利—金 斯曲线
实验曲 线
λ/μm • 物理学家想通过经典物理学理论推导出实验 曲。 普朗克从1894年
起投入对黑体辐 射的研究，奋斗 了6年。在用经典 理论无法解释实 验结果的情况下， 提出了崭新的量 子假说，成功的 解决了“紫外灾 难”的问题。
通过前面的学习，我们知道在19世纪与20世 纪之交（1900年前后），许多人认为物理学 这座庄严雄伟、动人心弦的科学殿堂已经基 本建成了。只是“物理学晴朗天空的远处， 漂浮着两朵小小的令人不安的乌云。” 两朵乌云： 迈克尔孙—莫雷实验 热辐射实验
相对论
量子论
我们知道，燃烧的物体都会发光，后来人们 发现那是因为燃烧使物体温度升高的缘故。 为什么？？？？ 光有很多种颜色： 可见光：红橙黄绿青蓝紫 光是一种电磁波， 波长不同光的颜色就不一样。 可见光：红橙黄绿青蓝紫 波长：780nm~380nm
普朗克的量子假说认为：物质辐射
hv
h•
的能量是一份一份的，就像物体是 由一个一个原子构成的一样。 一份能量就是一个量子，大小取决 于波长，与频率成正比：
是普适常数6.63×10-34J· S， v 是 频率。
2019-2020年鲁科版必修二：6.2 量子世界(共12张PPT)
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2 能量与时间的不确定性关系
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编后语
• 常常可见到这样的同学，他们在下课前几分钟就开始看表、收拾课本文具，下课铃一响，就迫不及待地“逃离”教室。实际上，每节课刚下课时的几分 钟是我们对上课内容查漏补缺的好时机。善于学习的同学往往懂得抓好课后的“黄金两分钟”。那么，课后的“黄金时间”可以用来做什么呢？
光到底是什么？
牛顿
爱因斯坦
惠更斯
托马斯.杨
康普顿
麦克斯韦
结论：光既具有波粒二象性
1、光具有“波粒二象性” 1)在有些情况(干涉、衍射、偏振等)下，光显示出波动性 2)在另一些情况下(热辐射、光电效应等) ，显示出粒子性 2、德布罗意波
不仅光具有波粒二象性，一切实物粒子(如电子、原子、分子等)也都具有波 粒二象性;德布罗意波进一步提出物质波理论，根据这一理论，每个物质粒子都 伴随着一着波，这种波叫物质波又称概率波 ：
4r1 9r1
诺贝尔物理奖
1、热辐射：
由于物体中的分子、原子受到激发而 发射出电磁波的现象叫热辐射。
电磁波谱
任何物体（气、液、固）在任何温度下， 都会有热辐射。
炼钢的热辐射
红外夜视仪拍的照片 红外
低温物体发出的是红外光，
热辐射强度和温度有关，
2hc l 2 5
M l0 (T )
hc
e kTl
1
曲线与实验结果惊人地符合
普朗克的能量假说对经典物理是一个巨大的突破， 由此量子物理诞生。
1918年他荣获诺贝尔物理学奖
能量 经典 量子
能量不连续，只 能取某一最小能 量的整数倍!!!!!
三、物质的波粒二象性 引言 光到底是什么？17世纪形成了两种学说：
高中物理6-2《量子世界》课件(鲁科版必修2)
光速是相对的，在不同 的参照系上测量，光速 可能不同。
时间与 绝对的时间与绝对的
空间
空间，时间与空间和 物体的运动无关
质量 物体的质量是恒定的。
在任何惯性系中，测量 的光速都相等。
时间与空间是相对的与 物体的运动有关，（时 间延缓效应、长度收缩 效应）
物体的质量与运动有关， 运动时质量变大。
使用范
低速世界（我们所生活 的这个世界）
• 3、但20世纪初，光电效应的出现，人们发现 电磁波又没办法解释这一现象。
• 这时爱因斯坦意识到普朗克量子假设的意 义，即能量是量子化的。提出了光量子假设。
• 爱因斯坦认为：光是不连续的、分成许多 单元，具有一定的能量，这些单元就称为光 量子。即光也是一份一份的。
• 光量子即光子。
• 4、光具有波粒二象性：光 在一定条件下，突出地表现 为微粒性，实质是不连续的。 而在另一些条件下，又突出 地表现为波动性。
• 当温度达到一定值时，使发射电磁波的波长 在可见光波长范围内，就可以看到光。
• 任何物体都可以发射热辐射，也可以吸收吸 收热辐射。
• 黑体：一个能完全吸收热辐射而不反射热辐 射的物体。（即光射进去之后完全不反射出 来）
• 科学家们通过实验得出：黑体辐射的波长与 温度的关系。 T/K
瑞利—金 斯曲线
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
高速世界（速度接近或 达到光速）
围
• 通过前面的学习，我们知道在19世纪与20世 纪之交（1900年前后），许多人认为物理学 这座庄严雄伟、动人心弦的科学殿堂已经基 本建成了。只是“物理学晴朗天空的远处， 漂浮着两朵小小的令人不安的乌云。”
• 两朵乌云：
• 迈克尔孙—莫雷实验 热辐射实验
高中物理相对论和量子论教案 鲁科版 必修2
相对论和量子论本节内容比较枯燥无味，是一些纯理论性的内容。
本节的重点、难点是相对论和量子论的内容和意义。
鉴于本节理论性比较强的特点，应该借助物理学方面比较丰富的课外资料、图片、人物等资料，注重探究学习，善于从不同的角度发现问题，积极探索解决问题的方法。
同时鼓励学生主动参与、学会学习的过程，以调动学生的学习积极性，培养学生思考、分析问题的能力。
得者，他所创立的相对论推动了量子理论的发展，为核能开发奠定了理论基础，成为继伽利略、牛顿之后又一位伟大的科学家、思想家。
⒉相对论⑴含义：是现代物理学的理论基础之一，是由爱因斯坦创立并与其他物理学家一起发展、完善的科学理论，包括狭义相对论和广义相对论两部分。
其中狭义相对论创立于1905年，广义相对论创立于1916年。
(2)狭义相对论：①狭义相对论的根基：一是相对性原理；二是光速不变原理②内容：运动着的尺子要缩短；运动着的时钟要变慢；光速是物质运动的极限速度；物体的质量是一个变量，它随着物质运动速度的增加而增加。
③意义：它引起了人类时空观的一次重大变革，科学地揭示了时间和空间的内在联系，以及时空同物质运动的内在联系，将伽利略以来的绝对时空观发展到相对时空观。
(3) 广义相对论：在狭义相对论的基础上，爱因斯坦提出了任何坐标变换都是协变的引力场方程，从而确立了广义相对论。
至此整个相对论体系形成。
3.相对论的意义①以其开拓创新精神为物理学的发展开辟了广阔道路，引起了一场深刻物理学革命，同量子论一起，促进了现代科学技术的突破性发展。
②揭示了空间和时间的辩证关系，把时间、空间和物质联系起来，加深了人们对物质和运动的认识，创立了新的时空观，进一步证明了恩格斯关于空间和时间是物质存在的形式这一论断。
③他关于质量和能量具有相当性的质能关系定律，揭示了原子内部蕴藏巨大核能的秘密，为人类和平利用核能展现了广阔前景。
④它的新的时空观和引力场理论等，为现代天体物理学和宇宙学奠定了重要的理论基础。
2020高中物理 6.2 量子世界学案2 鲁科版必修2
6.2《量子世界》学案【学习目标】了解黑体辐射；知道宏观物体和微观粒子的能量变化特点；知道光具有波粒二象性和物质波。
【学习重点】量子的概念，光的波粒二象性及物质波【知识要点】1.紫外灾难：黑体辐射的能力与辐射波长和温度有关,瑞利－金斯公式在长波区域与实验吻合,而在短波区域出现严重的不符,由于这个实验与理论严重不符的结果出现在短波的紫外区域,所以称为“紫外灾难”.黑体辐射的特点.2.量子：辐射是由一份份的能量组成的,就像物质是由一个个的原子组成的一样,辐射中的一份能量就是一个量子.光子能量的计算方法：E=hc . 3.物质的波粒二象性：法国物理学家德布罗意认为,既然光具有波粒二象性,那么质量不为零的任何粒子,如电子,也具有波的性质.一种说法认为：“光是一种类似于小球的粒子,它的行为就像一个质点,遵循反射定律,立竿见影是有力证明”；另一种说法认为：“光是一种波,就像水波、声波一样,薄膜或肥皂泡上的花纹是有力证明.” 你认为他们谁的说法是正确的？物质波【典型例题】【例题1】 关于光的本性,早期有牛顿的微粒说和惠更斯的________,后来又有麦克斯韦的电磁说.20世纪初,为解释________现象,爱因斯坦提出了光子说.________实验证实了实物粒子也具有波动性.解析：光的本性早期由牛顿和惠更斯的粒子说和波动说的争论,麦克斯韦的电磁说与光电效应现象证明了光的波粒二象性,电子衍射实验证实了实物粒子也具有波动性.【达标训练】1．下列说法正确的是（）A．只有高温物体才会热辐射B．低温物体不会向外辐射电磁波C．只有黑体在任何温度下才都会向外辐射电磁波D．热辐射是物体中的分子、原子受到激发而辐射出电磁波的现象2．下列哪些物体可看作黑体？（）A．不辐射可见光的物体B．没有任何电磁辐射的物体C．不能反射可见光的物体D．不能反射任何电磁辐射的物体3．下列关于黑体和黑体辐射的说法，正确的是（）A．所谓黑体，就是黑色的物体B．黑体是一个既不吸收热辐射也不反射热辐射的物体C．黑体的辐射能力只与黑体辐射的电磁波波长和黑体的温度有关D．实验表明，黑体辐射紫外线时辐射能力很强，会产生“紫外灾难”4．下列关于波粒二象性的说法正确的是（）A．电子具有显著的粒子性，而且也具有波动性B．有的光是波，有的光是粒子C．只有光具有波动性，其他微小的粒子不可能有波动性D．光子与电子是同样的一种粒子答案：1。
鲁科版必修二6.2《量子世界》word教案1
《量子世界》教案一．教学目标：1、初步了解经典物理观点被量子观点取代的原因，及一些科学家在其中所起的重要作用。
从而了解量子论的主要思想，了解量子论涉及的一些相关的现象。
2、认识经典力学的适用范围和局限性，知道量子论对人类认识世界的影响，体会科学研究方法和尊重实验事实的科学态度对人们认识自然的重要作用。
重点和难点：重点：通过指导学生研习，了解经典物理在热辐射研究领域中面临的困境，从而了解微观世界的量子化现象，了解量子论的思想。
难点：弄清经典物理学与黑体辐射等实验结果矛盾的具体表现。
二、教学案例设计：（一）引入新课师：通过前面的学习，我们知道在19世纪与20世纪之交（1900年前后），许多人认为物理学这座庄严雄伟、动人心弦的科学殿堂已经基本建成了。
只是“物理学晴朗天空的远处，漂浮着两朵小小的令人不安的乌云。
”这两朵“乌云”是什么同学们能说说吗？生：这两朵“乌云”是：1、迈克尔逊—莫雷实验：研究光沿不同方向传播速度的差异。
2、热辐射实验：研究热辐射的能量与温度的关系。
这两个实验所观测到的现象用当时已有的物理学理论无法进行合理的解释。
师：这两朵“乌云”给物理学的发展带来了什么影响？生1：正是这两朵的乌云，后来酿成了物理学中一场巨大的变革。
生2：在研究第一朵“乌云”后爱因斯坦了开创了相对论。
师：好，现在我们再来看看当年物理学的天空中这令人不安的第二朵“乌云”：热辐射的能量与温度的关系有什么规律？（二）【板书】量子世界：【板书】一、“紫外灾难”师：我们知道，燃烧的物体都会发光，后来人们发现那是因为燃烧使物体温度升高的缘故。
同学们能不能举出一些高温物体发光的例子呢？生：烧红的铁块、通电后的白炽灯里高温的灯丝、火山口流出的高温岩浆、……师：白炽灯里的灯丝在正常发光时有没有在燃烧呢？生：没有，否则灯丝就烧断了。
师：我们来做一个实验。
【实验观察一】通过调压器给白炽灯通电，逐渐增大电压，让学生观察灯丝亮度和颜色的变化。
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2019-2020年高中物理 6.2量子世界教案鲁科版必修2
【教材分析】
本节为《普通高中物理课程标准》共同必修模块“物理2”中第六章第2节的内容。
本节“量子世界”从热辐射的规律入手，提示经典物理学理论与实验结果的严重背离，阐述普朗克的“量子假说”，初步认识玻尔理论的重要意义，同时让学生认识光的粒子性和波动性。
通过实例，初步了解微观世界的量子化现象。
【学情分析】
本节学习内容是学生已通过一年的物理学习的最后一节内容，可能会出现学习不够重视、不够认真的局面。
关键是本节内容也比较抽象，相关知识网又没有建立，所以本节内容的讲述和学习可能会流于形式。
为了让学生引起兴趣，所以必须补充一些科学发展史。
【教学目标】
1、知识与技能目标
初步了解普朗克“量子假说”的背景，体会经典力学的局限性。
知道普朗克“量子假说”的主要内容。
初步了解爱因斯坦“光量子说”的含义，了解光的微粒说与波动说之争，知道光具有波粒二象性。
2、过程与方法目标
认识到发展问题和提出问题的意义，认识到在科学理论建立过程中猜想和假设的重要性，以及科学争论和自由争鸣对科学发展所起的作用，培养学生的质疑能力和相像能力。
能尝试运用物理原理和研究方法解决一些相关的实际问题，培养解决实际问题的能力。
3、情感态度与价值观目标
领略到自然界的奇妙与和谐，发展学生对科学的发奇心与求知欲。
体会辩论和质疑在科学研究中所起的积极作用。
养成敢于发表自己观点，既坚持原则又尊重他人的良好习惯。
培养有根据的怀疑精神和批判意识，敢于坚持真理、勇于创新和实事求是的科学态度和科学精神以及判断大众传媒等有关信息是否科学的意识。
【重点难点】
教学重点：初步建立量子化的概念。
教学难点：物质的波粒二象性概念。
【教学方法】
通过自主学习和交流讨论的方式、上网查阅有关资料、教师讲授法结合。
【教学建议】
1、本节从世纪之交经典物理学无法解释“黑体辐射实验”的“紫外灾难”，引出普朗克的“量子假说”产生的历史背景，体会物理问题的研究往往是从模型的建立和假说入手。
教学中可让学生通过自主学习和交流讨论的方式，完成对学习过程的体验。
2、认识科学问题的研究总是经历：提出问题→猜想假设→实践论证→修改理论……最终提示自然规律的过程。
3、关于光的波动性、粒子性及量子理论初步等内容的教学，应强调科学真理发现的道路并不平坦，需要一个漫长的过程；学习中应认真体会辩论和质疑在科学研究中所起的积极作用，通过典型的实例让学生充分认识量子理论的发展如何推动现代科学技术的迅猛发展，
教师：到牛顿这个时代的时候，科学家们对这个问题有了更进一步的认识，例如胡克、哈雷等，他们认为行星绕地球运动受到太阳对它的引力，甚至证明了行星轨道如果为圆形，引力的大小跟太阳距离的二次方成反比，但无法证明在椭圆轨道下，引力也遵循这个规律。
牛顿在前人的基础上，证明了如果太阳和行星的引力与距离的二次方成反比，则行星的轨迹是椭圆，并且阐述了普遍意义下的万有引力定律。
教师：接下来我们就跟随牛顿先生一起去研究这个万有引力定律。
由于行星运动的椭圆轨道很接近与圆形轨道，所以我们把它理想化为一个圆形轨道，这样就简化了问题，易于我们在现有认知水平上来接受。
2、万有引力定律
(1)定律的推导
如果行星的运动轨道是圆，则行星将作匀速圆周运动。
根据匀速圆周运动的条件可知，行星必然要受到一个引力。
牛顿认为这是太阳对行星的引力，那么，太阳对行星的引力F提供行星作匀速圆周运动所需的向心力。
学生活动：推导得=
教师：那么我们从这个式子中马上就可看到一些比例关系，那么为什么牛顿还要进行推导下去呢？
学生活动：学生进行思考。
（这样研究问题比较复杂，因为有四个变量。
不能体现这个行星运动的特点）
教师：分为两大组进行推导：将V＝2πr/T和代入上式得
学生活动：推导。
教师：那么从这个式子中还是有很多的变量，研究仍旧复杂，怎么办呢？（引导学生利用开普勒第三定律代入上式）
学生活动：推导得到：
师生总结：由上式可得出结论：太阳对行星的引力跟行星的质量成正比，跟行星到太阳的距离的二次方成反比。
即：F∝
教师：中比值k是一个与行星无关的恒量．只与太阳有关。
那么究竟与太阳有什么关系呢？
教师：牛顿根据其第三定律：太阳吸引行星的力与行星吸引太阳的力是同性质的作用力，且大小相等。
提出大胆得设想：既然这个引力与行星的质量成正比，也应跟太阳的质量M成正比。
（引导学生，或者采用让学生来解释的方法）即：F∝
写成等式就是F＝Ｇ
教师：行星绕太阳运动遵守这个规律，那么在其他地方是否适用这个规律呢？（假如说月球、卫星绕地球）
学生活动：思考
教师：为了验证地面上的重力与地球吸引月球、太阳吸引行星的力是同一性质的力，遵守同样的规律，牛顿还做了著名的“月－地”检验(参见课本P105右侧)，结果证明他的想法是正确的。
如果我们已知月球绕地球的公转周期为27.3天.地球半径为6.37×106m.轨道半径为地球半径的60倍。
教师：同学们试计算一下月球绕地球的向心加速度是多大？（引导学生采用两种方法进行求解并分析结果）
学生活动：根据向心加速度公式：
因为F∝所以a∝1/r2同学们通过计算验证，。