精选高中物理《量子世界》教案.doc
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 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 =h c.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。
最新-高一物理 62《量子世界》课件 鲁科版必修2 精品
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 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。
量子世界
• 通过上节课的学习，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。”
• 两朵乌云相：对论
• 迈克尔孙—莫雷实验 热辐射实验
经典力学
狭义相对论
光速
• 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
• 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。
• 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。
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。
高中物理 第6章 第2节 量子世界精品课件 鲁科必修2
图6－1－1
二、对波粒二象性的理解 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．光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量， 和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光 的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大 小(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概 率波． 3．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． 4．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．
特别提醒：(1)微观粒子具有明显的波动性，宏观 物也具有波动性，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．
课堂互动讲练
类型一 对能量量子化的理解及应用
例1
氦氖激光器发射波长为
6328
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＝hc/λ，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．
图6－2－1
图6－2－2
(3)紫外灾难：物体中存在着不停地运动的带电粒 子，每个带电粒子的振动都会产生变化的电磁场， 从而产生电磁辐射．依据热力学和电磁学的知识， 德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出 了辐射强度按波长分布的理论公式，瑞利公式后 经金斯修正，称为瑞利—金斯公式．维恩公式在 短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏差 很大．瑞利—金斯公式在长波区与实验基本一致， 在短波区与实验严重不符，且当波长趋于零时， 辐射竟变成无穷大！这显然是荒谬的． 由于波长很小的辐射在紫外线波段，故上述荒谬 结果被称为“紫外灾难”
高中物理 6.2 量子世界学案1 鲁科版必修2
高中物理 6.2 量子世界学案1 鲁科版必修2【学习目标】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。
【知识梳理】一、“紫外灾难”温度高→灯光白→短波长光较强；温度低→灯光较红→短波长光较弱，长波长光相对较强。
物体中的分子、原子在任何温度下都会发射出各种波长的电磁波，这种现象称为热辐射。
物理学家们设想了一种理想的物体：能够发射热辐射，也能完全吸收热辐射，但是完全不反射任何热辐射的物体，叫做黑体。
黑体温度越高，热辐强度越大；在同一温度下，不同波长的电磁辐射强度不同，有某一种波长的电磁辐射最强；温度越高，辐射最强的电磁波波长变短。
维恩公式：瑞利-琼斯公式：二、量子假说：物质辐射或吸收的能量是不连续的，只能是一种最小能量的整数倍。
E=nε （n=0,1,2,3,…）ε=hν=hc/λ ( h称为普朗克常数 )经典电磁理论中电磁波的能量是由波的振幅决定的，但在量子假说中最小能量却是与辐射的频率成正比的。
普朗克公式：量子观点开创了一场物理学的巨大变革。
三．物质的波粒二象性①光的波粒二象性②物质波例题：根据量子理论，光子的能量，其中c为真空中的光速、为光的频率、为光的波长，普朗克常数取已知太阳光垂直照射时，每平方米面积上的辐射功率为P=1.35kw。
假设太阳辐射的平均波长为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？解析：依题意，太阳光平均一个光子的能量为在1 m2面积上，1s内得到的阳光总能量为得到的光子个数【基础训练】1．把能量量子化的观点与经典物理的能量观点列表作一个比较呢？参考答案：1．量子观点与经典物理的能量观点列表比较经典物理能量观量子观能量的大小可以是连续的任意值能量的大小是不连续的，只能是最小能量子的整数倍。
新鲁科版物理必修2同步讲义：量子世界
第2节量子世界一、 “紫外灾难”1．黑体 黑体是一个理想模型，即一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体。
2．紫外灾难 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，该实验曲线与从经典物理理论导出的结果在紫外区相矛盾，故人们称其为黑体辐射的“紫外灾难”。
二、不连续的能量1．普朗克的量子假说认为物质辐射(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…2．辐射是由一份份的能量组成的，辐射中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与波长成反比与频率ν成正比，即ε＝hν＝h c λ。
公式中的h是普朗克常数，数值为6.626 176×10－34 J·s ，这是普朗克引进的一个物理普适常数，它是微观现象量子特性的表征。
三、物质的波粒二象性1．光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性，光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光既有波动性又有粒子性，把这种性质叫做光的波粒二象性。
1．黑体模型：一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体。
2．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，ε＝hν。
3．光具有波粒二象性，在一定条件下，突出地表现出粒子性，实质为不连续性，而在另一条件下，又突出地表现出波动性。
4．物质波(概率波)：静止的质量不为零的物质(如电子)，具有波的性质。
2．德布罗意进一步提出物质波理论：每个物质粒子都伴随着一种波，这种波称为物质波，又叫概率波。
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。
3．光与静止质量不为零的物质都具有波粒二象性。
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。
1．自主思考——判一判(1)首先提出量子理论的科学家是爱因斯坦。
2018-2019学年高中物理(鲁科版)必修2教师用书：6.2量子世界Word版含解析
第2节量子世界一、 “紫外灾难” 1．黑体黑体是一个理想模型，即一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体。
2．紫外灾难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，该实验曲线与从经典物理理论导出的结果在紫外区相矛盾，故人们称其为黑体辐射的“紫外灾难”。
二、不连续的能量1．普朗克的量子假说认为物质辐射(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…2．辐射是由一份份的能量组成的，辐射中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与波长成反比与频率ν成正比，即ε＝hν＝h cλ。
公式中的h 是普朗克常数，数值为6.626 176×10－34J·s ，这是普朗克引进的一个物理普适常数，它是微观现象量子特性的表征。
三、物质的波粒二象性1．光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性，光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光既有波动性又有粒子性，把这种性质叫做光的波粒二象性。
2．德布罗意进一步提出物质波理论：每个物质粒子都伴随着一种波，这种波称为物质波，又叫概率波。
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。
1．黑体模型：一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体。
2．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，ε＝hν。
3．光具有波粒二象性，在一定条件下，突出地表现出粒子性，实质为不连续性，而在另一条件下，又突出地表现出波动性。
4．物质波(概率波)：静止的质量不为零的物质(如电子)，具有波的性质。
3．光与静止质量不为零的物质都具有波粒二象性。
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。
1．自主思考——判一判(1)首先提出量子理论的科学家是爱因斯坦。
2017-2018学年高中物理必修2教学案：第六章 第2节 量
第2节量子世界一、 “紫外灾难”1．黑体 黑体是一个理想模型，即一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体。
2．紫外灾难 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，该实验曲线与从经典物理理论导出的结果在紫外区相矛盾，故人们称其为黑体辐射的“紫外灾难”。
二、不连续的能量1．普朗克的量子假说认为物质辐射(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…2．辐射是由一份份的能量组成的，辐射中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与波长成反比与频率ν成正比，即ε＝hν＝h c λ。
公式中的h 是普朗克常数，数值为6.626 176×10－34 J·s ，这是普朗克引进的一个物理普适常数，它是微观现象量子特性的表征。
三、物质的波粒二象性1．光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性，光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光既有波动性又有粒子性，把这种性质叫做光的波粒二象性。
1．黑体模型：一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体。
2．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，ε＝hν。
3．光具有波粒二象性，在一定条件下，突出地表现出粒子性，实质为不连续性，而在另一条件下，又突出地表现出波动性。
4．物质波(概率波)：静止的质量不为零的物质(如电子)，具有波的性质。
2．德布罗意进一步提出物质波理论：每个物质粒子都伴随着一种波，这种波称为物质波，又叫概率波。
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。
3．光与静止质量不为零的物质都具有波粒二象性。
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。
1．自主思考——判一判(1)首先提出量子理论的科学家是爱因斯坦。
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
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。
高中物理 6.2 量子世界学案5 鲁科版必修
高中物理 6.2 量子世界学案5 鲁科版必修6、2《量子世界》学案6【学习目标】1、理解普朗克的量子假说，知道能量具有不连续性，2、知道物质既有粒子性、又有波动性。
3、了解光是一种概率波4、了解物质的波粒二象性的实践应用【学习重点】理解普朗克的量子假说，知道物质既有粒子性、又有波动性。
【知识要点】一、紫外灾难：1、一个能完全吸收热辐射而不反射热辐射的物体称为黑体2、黑体的辐射能力与黑体的辐射波长和温度有关，并得出黑体辐射的强度与辐射波长、温度之间有关的实验曲线，理论公式与实验事实不符出现在紫外区，人们称其为黑体辐射的紫外灾难。
二、不连续的能量普朗克的量子假说：物质辐射（或吸收）的能量是一份一份的，每一份能量称为一个量子，量子的能量与频率成正比，与波长成反比。
ε=hν=hc/λ, 公式中的h是普朗克常量，是微观现象量子特性的表征。
三、物质的波粒二象性1、爱因斯坦认为，光是不连续的、分成许多单元、具有一定能量的物质，这些单元叫做光量子，又叫光子。
且很好解释了光电效应，又保留了电磁波的特征。
2、德布罗意进一步提出了物质理论，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，光与静止质量不为零的物质都有波粒二象性。
波粒二象性：是指物质既有粒子性、又有波动性。
四、物质的波粒二象性的实践应用【典型例题】例题：关于光的本性，下列说法中正确的是：（）A、光子说并没有否认光的电磁说B、光电效应现象反映了光的粒子性C、光的波粒二象性是综合民牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出来的D、大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性解析：光既有粒子性、又有波动性，但这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说，它体现出的规律不再是宏观粒子和机械波所表现出来的规律，而是自身体现的一种微观世界特有的规律，光子说和电磁说各自解释光特有的现象，两者构成一个统一的整体，而微观说和波动说是相互对立的。
高一物理量子世界
高一物理量子世界第2节量子世界从容说在这一节，教材开始涉及微观粒子的运动规律主要从人类研究黑体辐射遇到的问题引入，引出普朗克的黑体的研究成果“能量的不连续性”，得出量子的概念最后，从光的本质认识入手，发现不但光子具有波粒二象性，物质也同样具有波粒二象性这一节的教学要特别注意两点：第一点，从可以直接感知的实验现象经过推理得到不能直接感知的微观结构和微观粒子的运动规律；第二点，帮助学生建立诸如能量量子化、光与实物粒子的波粒二象性以及物质的波粒二象性应用于实践等新的观念关于后者我们没有直接的生活经验，所以教学中就更显重要但也正是因为这个原因，不可能期望学生经过这短短一节的学习就能牢固正确地树立这些观念教学重点1理解普朗克的量子假说，知道能量具有不连续性，与传统的连续性认识是不同的；2了解事物的连续性与分立性是相对的；3知道物质既具有波动性，又具有粒子性教学难点了解事物的连续性与分立性是相对的教具准备投影仪，投影片时安排1时三维目标一、知识与技能1理解普朗克的量子假说，知道能量具有不连续性，与传统的连续性认识是不同的2了解事物的连续性与分立性是相对的；3知道物质既具有波动性，又具有粒子性；4了解光是一种概率波；了解物质的波粒二象性在实践中的应用二、过程与方法1学习体会假说的提出与论证这一近代物理学中的研究方式2初步了解微观世界中的量子化现象，知道宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子理论的建立深化了人类对物质世界的认识三、情感态度与价值观通过本节的学习，领会实验是检验真理的唯一标准；体会我们唯有敢于向真理挑战、向传统的观念挑战，才有可能有所创新、有所发现，直至发现新的真理教学过程导入新对物体热辐射的研究，尤其是对黑体辐射的研究是19世纪后期的一个重要题，下面就请大家阅读教材P117，自学人们在研究黑体辐射中遇到的问题，即“紫外灾难”推进新一、紫外灾难学生活动：交流、讨论自学后的收获，并作出自己的大胆假设教师补充：人们研究发现，黑体的辐射能力与黑体的辐射波长和温度有关，但研究又发现用经典物理的理论去推导却导不出与实验结果相吻合的实验曲线更为严重的是波长向紫外区域延伸时，出现了障碍这也就是开尔所说的第二朵乌云【合作探究】你觉得夏天穿什么颜色的衣服最热？为什么？大家都知道，火可以辐射光和热有位同学说：“寒冬的雪也会辐射光和热”你怎么看？教师点拨：参看教材的两个图像“辐射强度”与“理论曲线”就可以得到答案教师活动：难道这个障碍就真的无法逾越吗？我们接下再看看另一位伟大的物理学家普朗克是如何解决这个问题的看看和你的假设是否一致呢？二、不连续的能量德国物理学家普朗克用了六年的时间，在用经典理论无论如何都解释不了实验结果的情况下，他不得已提出了新的假说这就是非常著名的量子假说，成功地解决了“紫外灾难”请同学们阅读教材，找出他的观点，并说出你自己的认识学生活动：交流、讨论自学后的收获，并做出自己对这种假说的认识，并比较分析量子化假设与传统观念的碰撞，用例子说明量子化与连续性的相对性教师小结：普朗克的量子假说认为，物质辐射（或吸收）的能量是一份一份的，就像物质是由一个个原子组成的一样将这样的一份份能量称为量子而且他还给出了量子的能量与波长成反比，与频率成正比即，公式中h是普朗克常量，是微观现象量子特性的表征教师活动：量子化与连续性的相对性我们可以这样去理解，在宏观世界里能量体现的是连续的，在微观世界里量子化或不连续性是显著的量子化假说的提出，使人类对世界的认识由宏观转向了微观世界，极大地开拓了我们的眼界既然我们已经掌握了探究微观世界的有力武器——量子，下面我们就更深入地研究微观世界的物质体现的特性，看看和我们再熟悉不过的宏观世界有哪些不同的地方？三、物质的波粒二象性教师活动：请同学们阅读教材P119-P121，找出历史上对光的认识，并说出你自己的认识学生活动：交流、讨论自学后的收获，并阐述自己对这些假说的认识教师总结：人类历史上对光的本质有两种不同的认识，其实不管是牛顿的微粒说还是惠更斯的波动说都是为了解释某一特定的现象才引入的所以它们都有各自的弊端一些问题的难以解决又将人们带入了对光的本质的重新认识关键时刻又是爱因斯坦带了新鲜的血液他将普朗克的量子化理论用在了解释光的本质上请同学们再仔细阅读教材，看看爱因斯坦是如何解释这个问题的学生活动：交流、讨论自学后的收获，并阐述自己对这些假说的认识教师活动：是的，光具有波粒二象性在一定条下，突出的表现为微粒性实质为不连续性；而在另一些条下，又突出表现出波动性问题好像到此应该结束了，人们将光的本质已经很好地解释了，接下有发生了什么事情呢？大家接着看书思考学生活动：交流、讨论自学后的收获，并阐述自己对这些假说的认识【教师精讲】法国物理学家德布罗意进一步提出了物质波的理论（获1929年诺贝尔物理学奖），根据这一理论，每个物质粒子都伴随着一种波，即物质波，又称为概率波这个理论揭示了物质的统一性总之，物质具有波粒二象性，我们要注意粒子性的本质在于不连续；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学生总结光本性学说发展史：（1）17世纪牛顿的微粒说：光是从光发出的一种物质微粒，在均匀介质中以一定的速度传播能解释光的反射等现象，不能解释光的互不干扰、同时发生的反射和折射、在介质中v<等问题（2）17世纪惠更斯的波动说：光是在空间传播的某种波能解释光的互不干扰、同时发生的反射和折射，但不能解释影子的形成、传播不需要介质等问题（3）19世纪60年代麦克斯韦的电磁说：光是一种电磁波，具电磁本性使波动理论发展到了相当完美的地步根据有：电磁波速等于光速；传播不需要介质；不能完美地解释光电效应（4）20世纪初爱因斯坦的光子说：光是不连续的，是一份一份的，每一份叫一个光子，E=hν注意，这完全不同于牛顿的“微粒”爱因斯坦吸收了普朗克的量子思想，很好地解释了光电效应，又保留了电磁波的特征（）20世纪前期德布罗意的波粒二象性：光是一种波，同时也是一种粒子，即光具有波粒二象性四、物质波粒二象性的实践应用光学显微镜和电子显微镜的设计与制造原理，就是充分利用物质的波动性当今技术可以制造出观察原子的扫描隧道显微镜堂小结通过本节的学习，我们初步了解了微观世界中的量子化现象，知道了宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子论的建立深化了人类对物质世界的认识；理解了普朗克的量子假说，知道能量具有不连续性，与传统的连续性认识是不同的；了解事物的连续性与分立性是相对的；知道物质既具有波动性，又具有粒子性；了解物质的波粒二象性在实践中的应用布置作业本P121作业2、3板书设计一、紫外灾难人类对黑体辐射的研究遇到了困难二、不连续的能量普朗克提出了量子假说，即，认为辐射中的能量是一份一份的，而不是连续的在微观世界里，量子化或不连续性是很显著的三、物质的波粒二象性不仅光具有波粒二象性，物质也同样具有波粒二象性；波粒二象性是指物质既有粒子性，又有波动性活动与探究到图书馆或上网查找有关近代物理学的成就，写成小报告供大家交流。
高中物理 6.2 量子世界学案3 鲁科版必修
高中物理 6.2 量子世界学案3 鲁科版必修1、初步了解微观世界中的量子化现象，知道宏观物体和微观物体的能量变化特点2、初步了解普朗克量子假说的背景3、初步了解爱因斯坦的光量子说的含义，了解光的微粒说与波动说之争，知道光具有波粒二象性学法指导1、认识科学问题的研究经历：提出问题一一猜想假设一一实践论证一一修改理论一一最终揭示自然规律的过程2、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自主探究基础知识：1、“紫外灾难”（1）热辐射：物体中的分子、原子在下都会发射出各种波长的电磁波，这种现象称为热辐射。
（2）黑体：一个能的物体，叫做黑体。
黑体的辐射能力与黑体的辐射和有关。
2、不连续的能量（1）普朗克的量子说：物质辐射或吸收的能量E只能是某一最小能量单位的倍。
即E= （n=0，1，2，3，…）（2）量子的能量：辐射中的一份能量就是一个量子。
量子能量的大小取决于辐射的，量子的能量与成反比，与成正比。
即= ，式中的=，称为普朗克常数，它是微观现象量子特性的表征。
（3）在微观世界里，物体之间传递的相互作用是的，物体的状态及其变化也是。
实际上量子化是微观世界的基本特征。
3、物质的波粒二象性光具有波粒二象性。
它在一定的条件下，突出地表现出微粒性，实质为；而在一定条件下，又突出地表现为。
实际上，光与静止质量不为零的物质都具有。
粒子性或量子性的本质在于；波动性的实质在于对微观物体状态及运动描述的，不能把物质波理解为经典的机械波和电磁波模式。
例１试计算：（1）波长为的可见光，其光子的能量为；（2）波长为的x光（即伦琴射线），其光子的能量为。
例2 阅读下文，按要求回答问题。
自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断向外辐射电磁波，这种辐射与温度有关，称为热辐射。
热辐射具有如下特点：①辐射的能量中包含各种波长的电磁波；②物体的温度越高，单位时间从物体表面单位面积上辐射的能量越大；③在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同。
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既然我们已经掌握了探究微观世界的有力武器——量子，下面我们就来更深入地研究微观世界的物质体现的特性，看看和我们再熟悉不过的宏观世界有哪些不同的地方？
三、物质的波粒二象性
教师活动：请同学们阅读教材P119-P121，找出历史上对光的认识，并说出你自己的认识.
学生活动：交流、讨论自学后的收获，并阐述自己对这些假说的认识.
教师总结：人类历史上对光的本质有两种不同的认识，其实不管是牛顿的微粒说还是惠更斯的波动说都是为了解释某一特定的现象才引入的.所以它们都有各自的弊端.一些问题的难以解决又将人们带入了对光的本质的重新认识.
关键时刻又是爱因斯坦带来了新鲜的血液.他将普朗克的量子化理论用在了解释光的本质上.
请同学们再仔细阅读教材，看看爱因斯坦是如何解释这个问题的.
学生活动：交流、讨论自学后的收获，并阐述自己对这些假说的认识.
教师活动：是的，光具有波粒二象性.在一定条件下，突出
的表现为微粒性实质为不连续性；而在另一些条件下，又突出表现出波动性.
问题好像到此应该结束了，人们将光的本质已经很好地解释了，接下来有发生了什么事情呢？大家接着看书思考.
学生活动：交流、讨论自学后的收获，并阐述自己对这些假说的认识.
【教师精讲】
法国物理学家德布罗意进一步提出了物质波的理论（获1929年诺贝尔物理学奖），根据这一理论，每个物质粒子都伴随着一种波，即物质波，又称为概率波.这个理论揭示了物质的统一性.
总之，物质具有波粒二象性，我们要注意粒子性的本质在于不连续；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.
学生总结光本性学说发展史：
（1）17世纪牛顿的微粒说：光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀介质中以一定的速度传播.能解释光的反射等现象，不能解释光的互不干扰、同时发生的反射和折射、在介质中v c 等问题.
（2）17世纪惠更斯的波动说：光是在空间传播的某种波.能解释光的互不干扰、同时发生的反射和折射，但不能解释影子的形成、传播不需要介质等问题.
（3）19世纪60年代麦克斯韦的电磁说：光是一种电磁波，具电磁本性.使波动理论发展到了相当完美的地步.根据有：电磁波速等于光速；传播不需要介质；不能完美地解释光电效应.
（4）20世纪初爱因斯坦的光子说：光是不连续的，是一份一份的，每一份叫一个光子，E=hν.注意，这完全不同于牛顿的“微粒”.爱因斯坦吸收了普朗克的量子思想，很好地解释了光电效应，又保留了电磁波的特征.
（5）20世纪前期德布罗意的波粒二象性：光是一种波，同时也是一种粒子，即光具有波粒二象性.
四、物质波粒二象性的实践应用
光学显微镜和电子显微镜的设计与制造原理，就是充分利用物质的波动性.当今技术可以制造出观察原子的扫描隧道显微镜.
课堂小结
通过本节课的学习，我们初步了解了微观世界中的量子化现象，知道了宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子论的建立深化了人类对物质世界的认识；理解了普朗克的量子假说，知道能量具有不连续性，与传统的连续性认识是不同的；了解事物的连续性与分立性是相对的；知道物质既具有波动性，又具有粒子性；了解物质的波粒二象性在实践中的应用.
布置作业
课本P121作业2、3.
板书设计
一、紫外灾难
人类对黑体辐射的研究遇到了困难
二、不连续的能量
普朗克提出了量子假说，即，认为辐射中的能量是一份一份的，而不是连续的.在微观世界里，量子化或不连续性是很显著的.
三、物质的波粒二象性
不仅光具有波粒二象性，物质也同样具有波粒二象性；
波粒二象性是指物质既有粒子性，又有波动性.
活动与探究
到图书馆或上网查找有关近代物理学的成就，写成小报告供大家交流.。