光的波粒二象性教案

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1、光的波粒二象性教案示例  一、教學(xué)目標(biāo)  1.知識(shí)目標(biāo) ?。?)了解微粒說(shuō)的基本觀點(diǎn)及對(duì)光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問(wèn)題.  (2)了解波動(dòng)說(shuō)的基本觀點(diǎn)及對(duì)光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問(wèn)題.  (3)了解事物的連續(xù)性與分立性是相對(duì)的,了解光既有波動(dòng)性,又有粒子性. ?。?)了解光是一種概率波.  2.能力目標(biāo)  培養(yǎng)學(xué)生對(duì)問(wèn)題的分析和解決能力,初步建立光與實(shí)物粒子的波粒二象性以及用概率描述粒子運(yùn)動(dòng)的觀念.  3.情感目標(biāo)  理解人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)和研究經(jīng)歷了一個(gè)十分漫長(zhǎng)的過(guò)程,這一過(guò)程也是辯證發(fā)展的過(guò)程.根據(jù)事實(shí)建立學(xué)說(shuō),發(fā)展學(xué)說(shuō),或是決定學(xué)說(shuō)的取舍,發(fā)現(xiàn)新的事實(shí),再建立新的學(xué)說(shuō).人類就是這樣通過(guò)光

2、的行為,經(jīng)過(guò)分析和研究,逐漸認(rèn)識(shí)光的本性的.  二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析  1、這一章的內(nèi)容,貫穿一條主線——人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)的發(fā)展過(guò)程.結(jié)合各節(jié)內(nèi)容,適當(dāng)穿插物理學(xué)史材料是必要的.這種做法不但可使課堂教學(xué)主動(dòng)活潑,內(nèi)容豐富,還可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行唯物辯證思想教育.本節(jié)就課本內(nèi)容,十分簡(jiǎn)單,學(xué)生學(xué)起來(lái)十分枯燥.課本所提到的內(nèi)容,都是結(jié)論性的,加入一些史料不僅可能而且必要.  2、本節(jié)中學(xué)生初步接觸量子化、二象性、概率波等概念,由于沒有直接的生活經(jīng)驗(yàn),所以在教學(xué)中要重點(diǎn)讓學(xué)生體會(huì)這些概念.  三、主要教學(xué)過(guò)程  光學(xué)現(xiàn)象是與人類的生產(chǎn)和日常生活密切相關(guān)的.人類在對(duì)光學(xué)現(xiàn)象、規(guī)律的研究的同時(shí),也開始了對(duì)光

3、本性的探究.  到了17世紀(jì),人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)逐漸形成了兩種學(xué)說(shuō). ?。ㄒ唬┕獾奈⒘Uf(shuō)  一般,人們都認(rèn)為牛頓是微粒說(shuō)的代表,牛頓于1675年曾提出:“光是一群難以想象的細(xì)微而迅速運(yùn)動(dòng)的大小不同的粒子”,這些粒子被發(fā)光體“一個(gè)接一個(gè)地發(fā)射出來(lái)”.用這樣的觀點(diǎn),解釋光的直進(jìn)性、影的形成等現(xiàn)象是十分方便的.  在解釋光的反射和折射現(xiàn)象時(shí),同樣十分簡(jiǎn)便.當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面時(shí),要發(fā)生反射和折射.在解釋反射現(xiàn)象時(shí),只要假設(shè)光的微粒在與介質(zhì)作用時(shí),其相互作用,使微粒的速度的豎直分量方向變化,但大小不變;水平分量的大小和方向均不發(fā)生變化(因?yàn)樵谶@一方向上沒有相互作用),就可以準(zhǔn)確地得出光在反射時(shí),反

4、射角等于入射角這一與實(shí)驗(yàn)事實(shí)吻合的結(jié)論.  說(shuō)到折射,笛卡兒曾用類似的假設(shè),成功地得出了入射角正弦與折射角正弦之比為一常數(shù)的結(jié)論.但當(dāng)光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí),發(fā)生的是近法線折射,即入射角大,折射角?。@時(shí),必須假設(shè)光在光密介質(zhì)的傳播速度較光在光疏介質(zhì)中的傳播速度大才行.  一束光入射到兩種介質(zhì)界面時(shí),既有反射,又有折射.何種情況發(fā)生反射,何種情況下又發(fā)生折射呢?微粒說(shuō)在解釋這一點(diǎn)時(shí)遇到了很大的困難.為此,牛頓提出了著名的“猝發(fā)理論”.他提出:“每一條光線在通過(guò)任何折射面時(shí),便處于某種為時(shí)短暫的過(guò)渡性結(jié)構(gòu)和狀態(tài)之中.在光線的前進(jìn)過(guò)程中,這種狀態(tài)每隔相等的間隔(等時(shí)或等距)內(nèi)就復(fù)發(fā)一次,并使光

5、線在它每一次復(fù)發(fā)時(shí),容易透過(guò)下一個(gè)折射面,而在它(相繼)兩次復(fù)發(fā)之間容易被這個(gè)面所反射”,“我將把任何一條光線返回到傾向于反射(的狀態(tài))稱它為‘容易反射的猝發(fā)’,而把它返回到傾向于透射(的狀態(tài))稱它為‘容易透射的猝發(fā)’,并且把每一次返回和下一次返回之間所經(jīng)過(guò)的距離稱它為‘猝發(fā)的間隔’”.如果說(shuō)“猝發(fā)理論”還能解釋反射和折射的話,那么,以微粒說(shuō)解釋兩束光相遇后,為何仍能沿原方向傳播這一常見的現(xiàn)象,微粒說(shuō)則完全無(wú)能為力了.  (二)光的波動(dòng)說(shuō)  關(guān)于光的本性,當(dāng)時(shí)還存在另一種觀點(diǎn),即光的波動(dòng)說(shuō).認(rèn)為光是某種振動(dòng),以波的形式向四周圍傳播.其代表人物是荷蘭物理學(xué)家惠更斯.他認(rèn)為,光是由發(fā)光體的微小粒子

6、的振動(dòng)在彌漫于一切地方的“以太”介質(zhì)中傳播過(guò)程,而不是像微粒說(shuō)所設(shè)想的像子彈和箭那樣的運(yùn)動(dòng).他指出:“假如注意到光線向各個(gè)方向以極高的速度傳播,以及光線從不同的地點(diǎn)甚至是完全相反的地方發(fā)出時(shí),光射線在傳播中一條光線穿過(guò)另一條光線而相互毫不影響,就能完全明白這一點(diǎn):當(dāng)我們看到發(fā)光的物體時(shí),決不可能是由于從它所發(fā)生的物質(zhì),像穿過(guò)空氣的子彈和箭一樣,通過(guò)物質(zhì)遷移所引起的”.他把光比作在水面上投入石塊時(shí)產(chǎn)生的同心圓狀波紋.發(fā)光體中的每一個(gè)微粒把振動(dòng),通過(guò)“以太”這種介質(zhì)向周圍傳播,發(fā)出一組組同心的球面波.波面上的每一點(diǎn),又可以此點(diǎn)為中心,再向外傳播子波.當(dāng)然,這樣的觀點(diǎn)解釋同時(shí)發(fā)生反射和折射,比微粒說(shuō)

7、的“猝發(fā)理論”方便得多,以水波為例,水波在傳播時(shí),反射與折射可以同時(shí)發(fā)生.一列水波在與另一列水波相遇時(shí),可以毫無(wú)影響的相互通過(guò).  惠更斯用波動(dòng)說(shuō)還解釋了光的反射和折射.但他在解釋光自光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)的近法線折射時(shí),需假設(shè)光在光密介質(zhì)中的傳播速度較小.現(xiàn)代光速的測(cè)定表明,波動(dòng)說(shuō)在解釋折射時(shí)依據(jù)的假設(shè)是正確的:光在光密介質(zhì)中傳播時(shí)光速較?。?7世紀(jì)時(shí),光速的測(cè)量尚在起步階段,誰(shuí)是誰(shuí)非,沒有定

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