版高中物理选修35波粒二象性复习课件

人教课标版高中物理选修3-5波粒二象性复习人教课标版高中物理选修3-5波粒二象性复习1本章内容的教学要求大多为“了解”、“知道”教学重点：普朗克能量子假设及其意义、光电效应实验和爱因斯坦光电效应方程、光和实物粒子的波粒二象性教学难点：主要是能量量子化、光与实物粒子的波粒二象性等概念的建立学习困难：在于量子理论远离学生和生活经验第十七章波粒二象性本章内容的教学要求大多为“了解”、“知道”第十七章波粒二2内容标准

1．了解微观世界中的量子化现象。比较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们对于物质世界的认识。2．通过实验了解光电效应。知道爱因斯坦光电效应方程及意义。3．了解康普顿效应。4．根据实验事实说明光的波粒二象性。知道光是一种概率波。5．知道实物粒子具有波动性。知道电子云。初步了解不确定性关系。6．通过典型事例了解人类直接经验的局限性，体会人类对世界的探究是不断深入的。课标要求和高考考点分析本节高考无要求

内容标准课标要求和高考考点分析本节高考无要求3第一单元1.能量量子化：物理学的新纪元1学时第二单元2.科学的转折：光的粒子性2学时第三单元3.崭新的一页：粒子的波动性2学时4.概率波1学时5.不确定原理1学时课时分配建议量子论、光电效应、康普顿效应、波粒二象性

重点知识第一单元课时分配建议量子论、光电效应、康普顿效应、波粒二4第1节能量量子化：物理学的新纪元本节重点：“量子化”概念的建立（可以通过通俗的事例说明）教学要求：了解黑体和黑体辐射。体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。黑体辐射，学生理解为热辐射就可以了，不要在“黑体”概念上作文章。通过前人的工作了解科学探究，了解量子论的建立过程。黑体辐射

经典电磁学

普朗克假设

矛盾

推理（数学）验证黑体辐射实验规律第1节能量量子化：物理学的新纪元本节重点：“量子化”概5一、黑体与黑体辐射1．热辐射：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，叫热辐射。2．黑体：如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。3．黑体辐射：绝对黑体辐射的电磁波的强度只与黑体的温度有关，这种辐射叫黑体辐射。

教学内容一、黑体与黑体辐射教学内容6二、黑体辐射的实验规律1．实验规律：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。2．经验定律(1)维恩位移定律：随着黑体温度升高，所发射的辐射最强的波长变短，即向光谱的紫色区移动。(2)瑞利一金斯公式3．“紫外灾难”维恩公式在短波区与实验非常接近，在长波区与实验偏离很大；瑞利公式在长波区与实验严重不符，不但不符，而且当波长趋于零时，辐射竞变成无穷大，这显然是荒谬的，由于长波很小的辐射处在紫外线波段，故而由理论得出的这种荒谬结果被认为是物理学理论的灾难，当时称为“紫外灾难”。二、黑体辐射的实验规律7三、普朗克的能量子观点

1．能量子：德国物理学家普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值E的整数倍。2．能量子的大小：E=hvv是电磁波的频率,h普朗克常量,h=6.626×10J·S3．能量量子化：用能量子观点解释黑体辐射的实验规律：普朗克能量子假设认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．借助于能量子的假说，普朗克得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得很好．普朗克在1900年把“能量子”引入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念，成为新物理学思想的基石之一。三、普朗克的能量子观点8第2节科学的转折：光的粒子性教学要求知道光电效应，通过实验了解光电效应实验规律。了解爱因斯坦光子说，并能够用它来解释光电效应现象。知道爱因斯坦光电效应方程，并能利用它解决一些简单问题。了解康普顿效应及光子理论对康普顿效应的解释。认识到康普顿效应进一步证明了光的粒子性。教学重点：光电效应康普顿效应第2节科学的转折：光的粒子性教学要求教学重点：9引入思路：渗透科学方法和科学态度的教育：历史上，关于光的本性有两种学说干涉衍射现象证明了波动说波动说无法解释光电效应麦克斯韦理论使波动说近乎完美

重新指出光的粒子性（标题中“转折”的含义）

引入思路：渗透科学方法和科学态度的教育：历史上，10由P32演示实验：用紫外线照射锌板，观察现象，提出问题。P32光电效应的定量研究光电流与电压的关系实验发现规律：饱和电压、遏止电压和截止频率、瞬时性光的电磁理论的困难：不应存在截止频率、遏止电压应与光强有关、光弱时电子逸出应需很长时间爱因斯坦光电效应方程密立根的精密测量直接证实这个方程由P32演示实验：用紫外线照射锌板，观察现象，提出问题。实验11饱和电压、遏止电压和截止频率、瞬时性不应存在截止频率、遏止电压应与光强有关、光弱时电子逸出应需很长时间光电效应实验发现规律

用经典光的电磁理论解释实验规律（只有少部分能解释）

爱因斯坦光量子假设（以普朗克能量子假说为基础）

光的电磁理论的困难数学推理--爱因斯坦光电效应方程密立根的精密测量直接证实这个方程饱和电压、不应存在截止频率、光电效应实验发现规律用经典光的12P36思考与讨论

给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是遏止电压Uc。怎样改写此式以得到Uc与ν、W0的关系？提示：明确物理图景，Ek=eUcP36例题：密立根……测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，由此算出普朗克常数h……下表是某金属的Uc和ν的几组数据。Uc/V0.5410.6370.7140.8090.878ν/1014Hz5.6445.8886.0986.3036.501试作出Uc-ν图象并通过图象求出：（1）这种金属的截止频率；（2）普朗克常量。P36思考与讨论P36例题：密立根……测量金属的遏止电压Uc13解题的核心是由光电效应方程结合动能与静电力做功的关系Ek=eUc写出学生熟悉的形式Uc=ν−（蓝字――两个变量）由图象求参数的方法：

电源电动势和内阻（直接求参数）用单摆测重力加速度（用图象求平均值）……解题的核心是由光电效应方程由图象求参数的方法：14康普顿效应光的电磁理论：散射光的波长应与入射光的波长相同康普顿假设：光子不仅具有能量，而且具有动量；用动量守恒、能量守恒完美地解释了康普顿效应。

能量：E=h·ν动量：p=h/λ康普顿效应光的电磁理论：散射光的波长应与入射光的波长相同15X射线散射实验的研究用经典电磁理论解释实验规律

康普顿用光量子说解释实验规律难以解决的矛盾数学推理与实验事实对照

小结：①光电效应和康普顿效应光子都说明具有粒子性，光电效应表明光具有能量，康普顿效应表明光子既具有能量，又有动量。②光子的能量表达式与动量表达式具有高度对称性。（为下节课教学打下伏笔）

教学线索

X射线散射实验的研究用经典电磁理论解释实验规律康普顿用光量16第3节崭新的一页：粒子的波动性引入思路：

通过对光的认识历史过程中的一系列事实的简单回顾，顺利引入光的波粒二象性理论，介绍了德布罗意如何受到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的启发，以类比的方法提出实物粒子具有波粒二象性的假设，提出---物质波的概念。教学线索：德布罗意提出实物粒子具有波动性的假设：v=E/hλ=h/P

物质波的实验验证

第3节崭新的一页：粒子的波动性引入思路：教学线索：德布17粒子束是一种波，应该产生衍射波长很短，障碍物（孔隙）应该很小，一般物体不行1927年得出了电子衍射图样此前已经了解了晶体的结构（用伦琴射线）后来陆续证实了其它粒子具有波动性。德布罗意提出物质波假设：v=E/hλ=h/P得到验证粒子束是一种波，应该产生衍射波长很短，障碍物（孔隙）应该很18教学可分四步进行：1、让学生应用光子能量、动量关系式计算教材最后自然段的子弹及电子的波长λ=h/p2、提出问题：若要验证其波动性怎么办？并让学生回顾热学中学过的分子直径的数量级，提出问题：紧密排列的分子数量级多大？能否让电子通过分子间隙从而发生明显衍射现象？3、学生看书，了解粒子波动性的实验验证的历史过程，并观察课本电子穿过铝箔后的衍射图样

教学可分四步进行：19第4节概率波引入思路：提出问题---为什么说光波是概率波？

双缝干涉条纹的解释：波――强度不同；粒子――数目不同

是否不同粒子之间相互作用表现为波动性？单个粒子不一定沿直线“运动”？用极弱的光照，也表现出波动性不确定性关系思维层次：

概率波第4节概率波引入思路：提出问题---为什么说光波是概率20教学内容：经典的粒子和经典的波特征概述概率波理论及其验证教学内容：21第5节不确定性关系粒子束会发生衍射→粒子的位置和动量不能同时确定

引入思路：不确定性关系描述的是微观现象，可利用计算机模拟光的单缝衍射实验，结合用课件展示微观粒子在狭缝处位置不确定的情景。提出问题。分析这种不确定性的数量关系的基础上，给出量子力学中的数学关系式

---不确定性关系：常用的还有能量和时间第5节不确定性关系粒子束会发生衍射→粒子的位置和动22教学建议：

（1）不必进行不确定关系的定量推导，应强调关系式中各量物理意义。（2）教学中让学生明确：①经典物理学中，物理模型与直接经验一致，物理现象直观可感；经典物理学中，物理现象不能直感。②量子力学在社会的各个领域成功应用，但量子理论存在争论，还需完善。教学建议：23我们已经知道，物体是由原子组成的，那么，原子是构成物质的最小微粒吗？原子内部有复杂的结构吗？这些问题诱使科学家们试图敲开原子的大门，为此他们进行了一系列激动人心的探究活动。本章概要本章以人类探索原子结构的历程为线索，从电子的发现开始，展示了科学家探索原子结构的过程及其有关经典实验。在学习过程中要注意体会人类在探究过程中所运用的研究方法，在现代科学发展中的作用和价值；认识在现代量子论视野下的原子结构图景；最后通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构，以及光谱分析在科学技术中的应用。第十八章原子结构我们已经知道，物体是由原子组成的，那么，原子是构成物质的最小24本章内容的教学要求多数为“了解”、“知道”。教学重点：汤姆孙发现电子的科学思想与实验方法，人类在实验的基础上认识原子结构和原子核的组成、能级跃迁、掌握光谱的分类及从现象上区分各种光谱，并能够掌握发射光谱和吸收光谱的形成过程方面的区别。教学难点：人类研究微观世界的方法，初步建立量子化的概念。第十八章原子结构本章内容的教学要求多数为“了解”、“知道”。第十八章原子25内容标准

1了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验

2通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构

2007考试说明1氢原子的能级结构

Ⅰ2能级公式Ⅰ课标要求与高考考点分析内容标准2007考试说明课标要求与高考考点分析26课时分配建议

第一单元1电子的发现1学时2原子的核式结构1学时第二单元3氢原子光谱1学时4玻尔的原子模型2学时第三单元5激光1学时

本章重点原子的核式结构模型玻尔的原子结构理论

课时分配建议第一单元1电子的发现27教材分析第1节电子的发现本节重点：电子的发现过程

引入思路：通过实验说明阴极射线的存在，对阴极射线一系列实验研究发现电子。教学线索：P52阴极射线小标题中主要说的是气体放电，可以用投影展示气体导电原理图，让学生明确气体导电的条件和机理。但要让学生明白以下思路（不要求学生复述）教材分析第1节电子的发现本节重点：电子的发现过程引入28连在电源负极上的某些金属在强电场（高电压）、高温、紫外线的作用下会发出一种射线，这种射线叫做阴极射线（阴极射线是什么？）

关于阴极射线的两种观点：电磁波～粒子流？阴极射线由带电粒子组成但粒子或者质量非常小，或者电荷量非常大

J.J.汤姆孙测量阴极射线的比荷（复习带电粒子在电磁场中的运动）

汤姆孙又直接测量了阴极射线粒子的电荷量（不同物质做成的阴极发出的射线的粒子都有相同的比荷，表明都能发射相同的带电粒子）

阴极射线粒子的电荷与质子相当（负电）质量比质子小得多

发现电子认识到原子不是组成物质的最小微粒，原子本身也有结构。提出进一步探索原子的结构、建立原子模型的问题。连在电源负极上的某些金属在强电场（高电压）、高温、紫外线的作29人教课标版高中物理选修3-5波粒二象性复习人教课标版高中物理选修3-5波粒二象性复习30本章内容的教学要求大多为“了解”、“知道”教学重点：普朗克能量子假设及其意义、光电效应实验和爱因斯坦光电效应方程、光和实物粒子的波粒二象性教学难点：主要是能量量子化、光与实物粒子的波粒二象性等概念的建立学习困难：在于量子理论远离学生和生活经验第十七章波粒二象性本章内容的教学要求大多为“了解”、“知道”第十七章波粒二31内容标准

1．了解微观世界中的量子化现象。比较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们对于物质世界的认识。2．通过实验了解光电效应。知道爱因斯坦光电效应方程及意义。3．了解康普顿效应。4．根据实验事实说明光的波粒二象性。知道光是一种概率波。5．知道实物粒子具有波动性。知道电子云。初步了解不确定性关系。6．通过典型事例了解人类直接经验的局限性，体会人类对世界的探究是不断深入的。课标要求和高考考点分析本节高考无要求

内容标准课标要求和高考考点分析本节高考无要求32第一单元1.能量量子化：物理学的新纪元1学时第二单元2.科学的转折：光的粒子性2学时第三单元3.崭新的一页：粒子的波动性2学时4.概率波1学时5.不确定原理1学时课时分配建议量子论、光电效应、康普顿效应、波粒二象性

重点知识第一单元课时分配建议量子论、光电效应、康普顿效应、波粒二33第1节能量量子化：物理学的新纪元本节重点：“量子化”概念的建立（可以通过通俗的事例说明）教学要求：了解黑体和黑体辐射。体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。黑体辐射，学生理解为热辐射就可以了，不要在“黑体”概念上作文章。通过前人的工作了解科学探究，了解量子论的建立过程。黑体辐射

经典电磁学

普朗克假设

矛盾

推理（数学）验证黑体辐射实验规律第1节能量量子化：物理学的新纪元本节重点：“量子化”概34一、黑体与黑体辐射1．热辐射：一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，叫热辐射。2．黑体：如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。3．黑体辐射：绝对黑体辐射的电磁波的强度只与黑体的温度有关，这种辐射叫黑体辐射。

教学内容一、黑体与黑体辐射教学内容35二、黑体辐射的实验规律1．实验规律：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。2．经验定律(1)维恩位移定律：随着黑体温度升高，所发射的辐射最强的波长变短，即向光谱的紫色区移动。(2)瑞利一金斯公式3．“紫外灾难”维恩公式在短波区与实验非常接近，在长波区与实验偏离很大；瑞利公式在长波区与实验严重不符，不但不符，而且当波长趋于零时，辐射竞变成无穷大，这显然是荒谬的，由于长波很小的辐射处在紫外线波段，故而由理论得出的这种荒谬结果被认为是物理学理论的灾难，当时称为“紫外灾难”。二、黑体辐射的实验规律36三、普朗克的能量子观点

1．能量子：德国物理学家普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值E的整数倍。2．能量子的大小：E=hvv是电磁波的频率,h普朗克常量,h=6.626×10J·S3．能量量子化：用能量子观点解释黑体辐射的实验规律：普朗克能量子假设认为微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．借助于能量子的假说，普朗克得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得很好．普朗克在1900年把“能量子”引入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念，成为新物理学思想的基石之一。三、普朗克的能量子观点37第2节科学的转折：光的粒子性教学要求知道光电效应，通过实验了解光电效应实验规律。了解爱因斯坦光子说，并能够用它来解释光电效应现象。知道爱因斯坦光电效应方程，并能利用它解决一些简单问题。了解康普顿效应及光子理论对康普顿效应的解释。认识到康普顿效应进一步证明了光的粒子性。教学重点：光电效应康普顿效应第2节科学的转折：光的粒子性教学要求教学重点：38引入思路：渗透科学方法和科学态度的教育：历史上，关于光的本性有两种学说干涉衍射现象证明了波动说波动说无法解释光电效应麦克斯韦理论使波动说近乎完美

重新指出光的粒子性（标题中“转折”的含义）

引入思路：渗透科学方法和科学态度的教育：历史上，39由P32演示实验：用紫外线照射锌板，观察现象，提出问题。P32光电效应的定量研究光电流与电压的关系实验发现规律：饱和电压、遏止电压和截止频率、瞬时性光的电磁理论的困难：不应存在截止频率、遏止电压应与光强有关、光弱时电子逸出应需很长时间爱因斯坦光电效应方程密立根的精密测量直接证实这个方程由P32演示实验：用紫外线照射锌板，观察现象，提出问题。实验40饱和电压、遏止电压和截止频率、瞬时性不应存在截止频率、遏止电压应与光强有关、光弱时电子逸出应需很长时间光电效应实验发现规律

用经典光的电磁理论解释实验规律（只有少部分能解释）

爱因斯坦光量子假设（以普朗克能量子假说为基础）

光的电磁理论的困难数学推理--爱因斯坦光电效应方程密立根的精密测量直接证实这个方程饱和电压、不应存在截止频率、光电效应实验发现规律用经典光的41P36思考与讨论

给出了光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν的关系。但是，很难直接测量光电子的动能，容易测量的是遏止电压Uc。怎样改写此式以得到Uc与ν、W0的关系？提示：明确物理图景，Ek=eUcP36例题：密立根……测量金属的遏止电压Uc与入射光频率ν，由此算出普朗克常数h……下表是某金属的Uc和ν的几组数据。Uc/V0.5410.6370.7140.8090.878ν/1014Hz5.6445.8886.0986.3036.501试作出Uc-ν图象并通过图象求出：（1）这种金属的截止频率；（2）普朗克常量。P36思考与讨论P36例题：密立根……测量金属的遏止电压Uc42解题的核心是由光电效应方程结合动能与静电力做功的关系Ek=eUc写出学生熟悉的形式Uc=ν−（蓝字――两个变量）由图象求参数的方法：

电源电动势和内阻（直接求参数）用单摆测重力加速度（用图象求平均值）……解题的核心是由光电效应方程由图象求参数的方法：43康普顿效应光的电磁理论：散射光的波长应与入射光的波长相同康普顿假设：光子不仅具有能量，而且具有动量；用动量守恒、能量守恒完美地解释了康普顿效应。

能量：E=h·ν动量：p=h/λ康普顿效应光的电磁理论：散射光的波长应与入射光的波长相同44X射线散射实验的研究用经典电磁理论解释实验规律

康普顿用光量子说解释实验规律难以解决的矛盾数学推理与实验事实对照

小结：①光电效应和康普顿效应光子都说明具有粒子性，光电效应表明光具有能量，康普顿效应表明光子既具有能量，又有动量。②光子的能量表达式与动量表达式具有高度对称性。（为下节课教学打下伏笔）

教学线索

X射线散射实验的研究用经典电磁理论解释实验规律康普顿用光量45第3节崭新的一页：粒子的波动性引入思路：

通过对光的认识历史过程中的一系列事实的简单回顾，顺利引入光的波粒二象性理论，介绍了德布罗意如何受到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的启发，以类比的方法提出实物粒子具有波粒二象性的假设，提出---物质波的概念。教学线索：德布罗意提出实物粒子具有波动性的假设：v=E/hλ=h/P

物质波的实验验证

第3节崭新的一页：粒子的波动性引入思路：教学线索：德布46粒子束是一种波，应该产生衍射波长很短，障碍物（孔隙）应该很小，一般物体不行1927年得出了电子衍射图样此前已经了解了晶体的结构（用伦琴射线）后来陆续证实了其它粒子具有波动性。德布罗意提出物质波假设：v=E/hλ=h/P得到验证粒子束是一种波，应该产生衍射波长很短，障碍物（孔隙）应该很47教学可分四步进行：1、让学生应用光子能量、动量关系式计算教材最后自然段的子弹及电子的波长λ=h/p2、提出问题：若要验证其波动性怎么办？并让学生回顾热学中学过的分子直径的数量级，提出问题：紧密排列的分子数量级多大？能否让电子通过分子间隙从而发生明显衍射现象？3、学生看书，了解粒子波动性的实验验证的历史过程，并观察课本电子穿过铝箔后的衍射图样

教学可分四步进行：48第4节概率波引入思路：提出问题---为什么说光波是概率波？

双缝干涉条纹的解释：波――强度不同；粒子――数目不同

是否不同粒子之间相互作用表现为波动性？单个粒子不一定沿直线“运动”？用极弱的光照，也表现出波动性不确定性关系思维层次：

概率波第4节概率波引入思路：提出问题---为什么说光波是概率49教学内容：经典的粒子和经典的波特征概述概率波理论及其验证教学内容：50第5节不确定性关系粒子束会发生衍射→粒子的位置和动量不能同时确定

引入思路：不确定性关系描述的是微观现象，可利用计算机模拟光的单缝衍射实验，结合用课件展示微观粒子在狭缝处位置不确定的情景。提出问题。分析这种不确定性的数量关系的基础上，给出量子力学中的数学关系式

---不确定性关系：常用的还有能量和时间第5节不确定性关系粒子束会发生衍射→粒子的位置和动51教学建议：

（1）不必进行不确定关系的定量推导，应强调关系式中各量物理意义。（2）教学中让学生明确：①经典物理学中，物理模型与直接经验一致，物理现象直观可感；经典物理学中，物理现象不能直感。②量子力学在社会的各个领域成功应用，但量子理论存在争论，还需完善。教学建议：52我们已经知道，物体是由原子组成的，那么，原子是构成物质的最小微粒吗？原子内部有复杂的结构吗？这些问题诱使科学家们试图敲开原子的大门，为此他们进行了一系列激动人心的探究活动。本章概要本章以人类探索原子结构的历程为线索，从电子的发现开始，展示了科学家探索原子结构的过程及其有关经典实验。在学习过程中要注意体会人类在探究过程中所运用的研究方法，在现代科学发展中的作用和价值；认识在现代量子论视野下的原子结构图景；最后通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构，以及光谱分析在科学技术中的