量子论初步.doc

- 7 -量子论初步量子论初步全章内容从这一章开始，教材开始涉及微观粒子的运动规律这套教材的写法和过去的教材有所不同，它把光的波粒二象性和玻尔的原子结构理论分别从光的本性和原子、原子核这两部分内容中提出，合在一起成为量子论初步这样一章这样做的目的是为了在介绍物质结构的同时更加突出运动规律的教学这一章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，帮助学生建立诸如轨道量子化、能量量子化、光与实物粒子的波粒二象性，以及用概率描述粒子运动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章的学习就能牢固正确地树立这些观念这章中的计算题都不难，应该让学生通过计算进一步体会有关的概念和规律，同时对于这些现象所涉及的数量级，如波长、能级差等有些感性认识课时按排本章可分为三个单元：第一单元第一节和第二节，介绍光的波粒二象性，初步接触量子化、二象性、概率波等概念（二课时）第二单元第三节，介绍玻尔的原子结构模型和能级的概念（一课时）第三单元第四节和第五节，简单介绍物质波的概念（一课时）复习和习题（一课时）本章说明1要让学生弄清极限频率的存在和光的经典电磁说相矛盾，只能用光子说解释光电效应的瞬时性及其解释只需让学生知道就可以了光电效应的结论不能死记硬背2要先弄清物理图景和发射光电子时几个物理量的关系，这样爱因斯坦光电效应方程是很容易理解的3光是一种概率波概率的概念本身不难接受，这里要引导学生认识到，光波和水波、绳子上的波等机械波在本质上完全不同，决定光子在空间不同位置出现概率的规律表现为波的规律，我们是在这种意义上说光是一种波4在课本的实验中，光子在和感光胶片作用时的表现和通常的粒子一样，在通过狭缝时却和我们印象中的波一样，这点是很不容易接受的但是，要向学生说明，实验是检验真理的唯一标准，人的直接经验十分有限，在这种情况下我们就要设想一种模型，尽管以日常经验来衡量，这个模型的行为十分古怪，但是只要能与实验结果一致，它就能够在一定范围内正确代表所研究的对象 5在讲到轨道量子化的时候，重点描述了“量子化”，有意淡化了“轨道”，例如没有采用过去教材中常用的以同心圆代表氢原子轨道的插图这样做的目的是避免强化轨道的图景，氢原子中的电子是没有轨道的6关于玻尔理论的局限性，可以让学生知道它是新旧物理学的混合物，一方面它引入了能级、量子化等概念，这是正确的，以后还有用，另一方面它沿用了轨道、向心力等概念和牛顿运动定律，这在微观世界本不适用因此，玻尔理论在氢原子光谱以外的问题上无能为力7一方面，如果前面对于光的波粒二象性有了正确的认识，物质波的理解不会困难，另一方面，学习这一节也有助于进一步认识波粒二象性和概率波所以这节课的目的不能局限于对物质波本身的教学8在讲“牛顿力学的局限性”时，通过对实验的分析应该让学生认识到，不能用运动轨迹描述粒子的运动，因而牛顿力学也就不适用了这样就足够了全章教学要求l理解光电效应中极限频率的概念及其与光的电磁理论的矛盾2理解光子说及其对光电效应的解释3理解爱因斯坦光电效应方程并会用来解决简单问题4了解光既具有波动性，又具有粒子性,光是一种概率波5理解玻尔关于轨道量子化的概念，充分认识玻尔关于轨道半径不可能取任意值的论断6理解能级的概念和原子发射与吸收光子的频率与能级差的关系7知道原子光谱为什么是一些分立的值知道原子光谱的一些应用8知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性9知道德布罗意波长和粒子动量的关系10知道位置和动量的不确定关系. 11知道时间和能量的不确定关系.（一）光电效应教学要求：l理解光电效应中极限频率的概念及其与光的电磁理论的矛盾2知道光电效应的瞬时性及其与光的电磁理论的矛盾3理解光子说及其对光电效应的解释4理解爱因斯坦光电效应方程并会用来解决简单问题教学重点 理解光电效应中极限频率的概念及其与光的电磁理论的矛盾 理解光子说及其对光电效应的解释教学方法：启发式综合教学法教学过程爱因斯坦引入：在光的电磁说发展到非常完美的时候，人们发现了后来被 人们叫做光电效应的现象，这个现象使光的电磁说遇到了无法克服的困难一、光电效应：1、介绍此实验引导学生思考：检查锌板上带了正电，说明什么问题？2、光电效应：在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应，发射的电子叫做光电子3、引导学生思考：怎样解释？ 引导学生分析当时科学家们对此的解释4、但是，对光电效应的进一步研究发现，人们发现有以下现象无法解释：对各种金属都存在一个极限频率，如果入射光的频率比极限频率低，那么无论光多么强，照射时间多么长，都不会发生光电效应；如果光的频率高于极限频率，即使光不强，当它射到金属表面也会立即观察到光电子发射即：各种金属都存在一个极限频率；光电效应的产生与否和光的强弱无关；光电效应是在瞬间完成的5、引导学生阅读课本极限频率表二、光子说：1、普朗克的研究： 他在研究热辐射时提出：电磁波发射和吸收的能量不是连续的，而一份一份地进行的，每一份的能量等于h，其中是辐射电磁波的频率，h是一个常量，叫做普朗克常量实验测得：h=6.6310-34Js2、爱因斯坦提出光子说：在空间传播的光也不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量E跟光的频率成正比，即：E=hh：普朗克常量由此可知：每个光子的能量只取决于光的频率3、爱因斯坦对光电效应解释：不同金属内正电荷对电子的束缚程度不同（逸出功不同），一个电子不能同时吸收几个光子的能量，电子对光子的吸收是十分迅速的光子说能够很好地解释光电效应中为什么存在极限频率？（提问，让学生回答）三、光电效应方程1、 逸出功：光电效应中，金属中的电子在飞出金属表面时要克服原子核对它的吸引而做功使电子脱离某种金属所做功的量小值，叫做这种金属的逸出功2、 光电效应方程EK=h-W3、 讲课本上的例题作业布置1.阅读课文；2.完成课后练习；3阅读材料热辐射和普朗克的量子说.教后记 光子的概念是物理学中一个十分重要的概念，在后面几节中要注意不断加深理解不增加学生难度，不要加讲有关“光电流”（二）光的波粒二象性教学要求：1了解事物的连续性与分立性是相对的2了解光既具有波动性，又具有粒子性3了解光是一种概率波教学重点 了解事物的连续性与分立性是相对的 了解光既具有波动性，又具有粒子性,光是一种概率波教学过程1光的波粒二象性光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性粒子性和波动性：介绍用强弱不同的光做双缝干涉实验所观察到的现象学生思考：此现象说明什么问题？少数粒子表现出的是粒子性很多粒子表现出波动性(连续性)光是一种概率波光子在空间各点出现的可能性的大小(概率),可以用波动规律来描述2干涉不是光子间相互作用的结果分析单缝和双缝情况，得出上述结论作业布置1.阅读课文；2.完成课后练习；3阅读材料康普顿效应.教后记 在课本的实验中，光子在和感光胶片作用时的表现和通常的粒子一样，在通过狭缝时却和我们印象中的波一样，这点是很不容易接受的但是，要向学生说明，实验是检验真理的唯一标准，人的直接经验十分有限，在这种情况下我们就要设想一种模型，尽管以日常经验来衡量，这个模型的行为十分古怪，但是只要能与实验结果一致，它就能够在一定范围内正确代表所研究的对象（三）玻尔的原子模型 能级教学要求：1理解玻尔关于轨道量子化的概念，充分认识玻尔关于轨道半径不可能取任意值的论断；2理解能级的概念和原子发射与吸收光子的频率与能级差的关系；3知道原子光谱为什么是一些分立的值知道原子光谱的一些应用；4知道玻尔理论有哪些局限性教学重点 理解玻尔轨道量子化的概念，认识玻尔关于轨道半径不可能取任意值的论断 理解能级的概念和原子发射与吸收光子的频率与能级差的关系教学难点：光子的发射和吸收教学方法：启发式综合教学法教学过程引入；回忆初中有关原子的知识经典解释出现问题一 玻尔的原子模型轨道量子化能量量子化二能级电离能级量子数基态激发态认读能级图三光子的发射和吸收跃迁hEm-En讲：有些荧光物质在紫外线照射下会发出可见光，为什么任何物质都不会在红外线照射下发出可见光？四原子光谱上章讲过五玻尔理论的局限性作业布置1.阅读课文；2.完成课后练习.教后记 这套教材关于玻尔模型的写法也和过去的教材不完全一样按照经典电磁理论，原子应是不稳定的，但实际情况不是这样，这一点，教材没有过细的讲解，原因是学生过去并没有“做加速运动的带电粒子要辐射能量”这样的认识相应地，教材也没有提到玻尔理论中“定态”这个概念第四节 物质波 *第五节 不确定关系教学要求：1知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性2知道德布罗意波长和粒子动量的关系3了解牛顿力学的局限性*4知道位置和动量的不确定关系; *5知道时间和能量的不确定关系.教学重点：会利用物质波波长的计算式计算其波长教学难点：对物质波的理解教学方法：启发式综合教学法教学过程一 物质波1、物理学把物质分为两大类：（1）实物：质子、电子等（2）场：电场、磁场2、1924年、德国的物理学家德布罗意提出：任何一个运动着的物体，如电子、质子等，都肯一种波和它对应，波长是：=h/p其中p：运动物体的动量 h：普朗克常量人们把这种波叫做物质波，也叫德布罗意波3、普朗克常量h很小，而宏观物体的动量p都比较大，所以宏观物体的德布罗意波的波长都很小例：某电视显像管中电子的运动速度是4.0107m/s；质量为10g的一颗子弹的运动速度是200m/s分别计算它们的德布罗意波长引导学生分析，学生解答4、物质波很难发生衍射现象和干涉现象 5、1927年，两位美国物理学家使电子束投射到镍的晶体上，得到了电子束的衍射图案从而证实了德布罗意的假设6、物质波也是概率波在一般情况下，对于电子和其他微观粒子，不能用确定的坐标来描述它们的位置，因此也无法用轨迹描述它们的运动，但是它们在空间各处出现的概率是受波动规律支配的二 牛顿力学的局限性三 氢原子的电子云S