《量子世界》教案2.doc

量子世界第一课时【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，理解科学对技术发展的促进作用。4教学中要充分利用物理学史知识，围绕核心问题、展开师生之间的交流互动。教师不要局限于教材，可以根据学生的实际情况，做到用教材而不是教教材。充分利用多煤体教学手段，提高学生学习的兴趣和学习效率。5由于本节知识带有科普性质，所以无论是补充的内容还是原来课本的内容，都不宜也不可能讲得很深，尽可能把抽象问题形象化，能达到学生有一定的继续学习的兴趣即可。【教学过程】1让学生阅读全文，允许学生互相讨论交流，并提出问题。(约20分钟)2对学生提出的问题做出正面的回答，尽可能把抽象问题形象化。(至少20分钟)3预计且建议可补充的内容有：a：关于黑体的相关知识；b：光的本性发展简史；c：光电效应；d：能级的相关知识；e：课程资源：1普朗克及其对物理学的贡献2光电效应和爱因斯坦光量子理论(1)光电效应的规律(2)经典物理理论对光电效应解释的困难(3)爱因斯坦光子说及其对光电效应的圆满解释3玻尔对原子结构学说的贡献4光的本性光的波动说和微粒学之争5德布罗意的物质波观点本教案设计过程简单，只是给出一个授课过程的框架性建议，以及一些补充建议，实在不是本人想偷工减料，只是因为教材处理灵活，至于要补充什么，第一课时讲到哪里，相信每个教师都有自己的特点及学情，不应受到束缚。从这点意义上讲，这样的教案设计或许符合课改的精神吧？第二课时一、教学目标：(一)知识与技能：1、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。2、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。(二)过程与方法：1、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。2、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。(三)情感态度与价值观：1、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。2、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。二、教学重点初步建立量子化的概念。三、教学难点物质的波粒二象性概念。四、教学方法自主学习、交流讨论五、案例设计一、让学生阅读全文，允许学生互相讨论交流，并提出问题。(约20分钟)二、对学生提出的问题做出正面的回答，尽可能把抽象问题形象化。(至少20分钟)1、预计且建议可补充的内容有：a：关于黑体的相关知识；b：光的本性发展简史；c：光电效应；d：能级的相关知识；e：课程资源：1、普朗克及其对物理学的贡献2、光电效应和爱因斯坦光量子理论(1)光电效应的规律(2)经典物理理论对光电效应解释的困难(3)爱因斯坦光子说及其对光电效应的圆满解释3、玻尔对原子结构学说的贡献4、光的本性光的波动说和微粒学之争5、德布罗意的物质波观点第三课时从容说课在这一节，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.课时安排1课时三维目标一、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；5.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课的学习，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.教学过程导入新课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课题，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”.推进新课一、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.这也就是开尔文所说的第二朵乌云.【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？我们接下来再看看另一位伟大的物理学家普朗克是如何来解决这个问题的.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vc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=h.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