《崭新的一页:粒子的波动性》教学设计
一、教学目标
1.知识与技能
(1)知道光、实物粒子具有波粒二象性;
(2)知道德布罗意假说的内容,公式表达;
(3)了解物质波的验证过程。
2.过程与方法
(1)沿着物理学家的研究过程展开教学,尽量再现物理学家的思想和研究方法。
(2)通过“小练习”对比,进而理解宏观物体的波动性不明显,并找到验证物质波的方法
3.情感态度与价值观
(1)感受人类对光认识的美好、曲折过程,欣赏物理学的对称美,体会蕴含的哲学思想。
(2)从科学家的工作中感悟科学探究:如何向固有观念挑战,提出大胆猜想和假说,如何寻找有效的方法加以验证……。
(3)培养学生的科学文化素质──科学方法、科学意识、科学精神。
二、复习回顾(引入新课)
1.人类对光的认识──一部科学史诗
2.──粒子性、波动性之间的桥梁
四、进行新课
1.德布罗意的总结──承上启下
19世纪以来,光学上注重波动方面的研究,忽视了粒子方面的研究;而实物粒子的研究上,是否发生了相反的错误?
师:“相反的错误”指什么?
生:实物粒子的研究只注重了粒子性,而忽视了波动性。
2.(自学)德布罗意假说──科学的狂想曲,回答问题:
(1)德布罗意假说的内容?
实物粒子也具有波动性;每一个运动的粒子都与一种波对应。
(2)物质波的概念?
与实物粒子相联系的波──德布罗意波。
(3)物质波的频率、波长公式?
,
3.物质波的验证
师:如何验证德布罗意假说?
生:如果能观察到实物粒子的干涉、衍射现象,得以验证。
师:发生明显衍射的条件?
生:障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多,或者比波长还要小。
4.练习巩固,
(1)计算:一个质量为0.01kg,速度为300m/s的子弹,对应的德布罗意波长?
解析:
问题:为什么不易观察到宏观物体的波动性?
(2)计算:一个原来静止的电子,经过100v的电压加速后,对应的德布罗意波长?
解析:,,
问题:分子直径的数量级?()
师点拨:电子的德布罗意波长与分子直径相当,电子束照到晶体上,两晶格的狭缝可使电子发生明显的衍射。1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验,证实了电子的波动性。
5.学生看书了解这一历史过程,并观察电子束的衍射图样。
20xx高三物理知识点:光的波动性和微粒性
1.光本性学说的发展简史
(1)牛顿的微粒说:认为光是高速粒子流.它能解释光的直进现象,光的反射现象.
(2)惠更斯的波动说:认为光是某种振动,以波的形式向周围传播.它能解释光的干涉和衍射现象.
2、光的干涉
光的干涉的条件是:有两个振动情况总是相同的波源,即相干波源。(相干波源的频率必须相同)。形成相干波源的方法有两种:⑴利用激光(因为激光发出的是单色性极好的光)。⑵设法将同一束光分为两束(这样两束光都来源于同一个光源,因此频率必然相等)。下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。
2.干涉区域内产生的亮、暗纹
⑴亮纹:屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍,即δ=nλ(n=0,1,2,……)
⑵暗纹:屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍,即δ=(n=0,1,2,……)
相邻亮纹(暗纹)间的距离。用此公式可以测定单色光的波长。用白光作双缝干涉实验时,由于白光内各种色光的波长不同,干涉条纹间距不同,所以屏的中央是白色亮纹,两边出现彩色条纹。
3.衍射----光通过很小的孔、缝或障碍物时,会在屏上出现明暗相间的条纹,且中央条纹很亮,越向边缘越暗。
⑴各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。
⑵发生明显衍射的条件是:障碍物(或孔)的尺寸可以跟波长相比,甚至比波长还小。(当障碍物或孔的尺寸小于0.5mm时,有明显衍射现象。)
⑶在发生明显衍射的条件下当窄缝变窄时亮斑的范围变大条纹间距离变大,而亮度变暗。
4、光的偏振现象:通过偏振片的光波,在垂直于传播方向的平面上,只沿着一个特定的方向振动,称为偏振光。光的偏振说明光是横波。
5.光的电磁说
⑴光是电磁波(麦克斯韦预言、赫兹用实验证明了正确性。)
⑵电磁波谱。波长从大到小排列顺序为:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。各种电磁波中,除可见光以外,相邻两个波段间都有重叠。
各种电磁波的产生机理分别是:无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的;红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的;伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生的;γ射线是原子核受到激发后产生的。
⑶红外线、紫外线、X射线的主要性质及其应用举例。
种类产生主要性质应用举例
红外线一切物体都能发出热效应遥感、遥控、加热
紫外线一切高温物体能发出化学效应荧光、杀菌、合成VD2
X射线阴极射线射到固体表面穿透能力强人体透视、金属探伤
一名优秀负责的教师就要对每一位学生尽职尽责,准备好一份优秀的教案往往是必不可少的。教案可以让学生能够在教学期间跟着互动起来,有效的提高课堂的教学效率。我们要如何写好一份值得称赞的高中教案呢?以下是小编为大家收集的“高考物理第一轮复习光的波动性学案”相信您能找到对自己有用的内容。
第二课时光的波动性
【教学要求】
1.了解光的干涉、衍射现象及光的偏振现象。
2.熟悉激光的特性及应用。
【知识再现】
一、光的干涉
1.条件:两列光的相同、恒定或两列光振动情况总是相同,能发生干涉的两列波称为相干波,两个光源称为相干光源。相干光源可用同一束光分成两列获得。
2.双缝干涉:在用单色光进行的双缝干涉实验中,若双缝处两列光的振动情况完全相同,则在光屏上距双缝的路程差为光波波长倍的地方被加强,将出现明条纹;光屏上距双缝的路程差为光波半波长倍的地方光被减弱,出现暗条纹.
3.薄膜干涉:利用薄膜(如肥皂膜)两表面的相遇而形成的.
二、光的衍射
1.内容:光离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象叫光的衍射。
2.产生明显衍射条件:障碍物或孔的尺寸比波长小或差不多。
3.单缝衍射条纹特点:中间条纹亮、宽,两侧条纹暗、窄,间距不等。相同的实验装置,光波波长越长,条纹越宽;相同的照射光,单缝窄的,中央条纹宽。
试一试:解释“闻其声不见其人”的原因?
三、光的偏振
1.自然光:光源发出的,包含着垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿各个方向振动产光波的强度都相同。
2.偏振光:在垂直于传播方向的平面上,只有一个振动方向的光。
3.应用:立体电影、照相镜头等。
4.偏振光的产生方式
(1)自然光通过起偏器:通过共轴的两个偏振片观察自然光,第一个偏振片是把自然光变成偏振光,叫做起偏器。第二个偏振片的检验是否为偏振光。(2)自然光射到两种介质的交界面上,如果光人射的方向合适,使反射光和折射光之间的夹角恰好是900时,反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向相互垂直。
5.光的干涉和衍射说明了光是波,但不能确定光是横波还是纵波,光的偏振现象说明了光是横波。
思考:自然光与偏振光有哪些异同?
四、激光
1.产生:人工产生的一种相干光。
2.特点:①,
②,③。
3.应用:光纤通信、精确测距、目标跟踪、激光读盘、激光切割等。
思考:自然光与激光有哪些异同?
知识点一光的干涉条件及定量分析
1.杨氏双缝干涉实验
(1)相干光源:双缝处光振动不但频率相等,而且总是同相的。
(2)实验结果:在屏上出现明暗相间的干涉条纹。
(3)当这两列光波到达某点的路程差δ等于光的半波长的偶数倍时,该处的光相加强,出现亮条纹;
当这两列光波到达某点的路程差δ等于光的半波长的奇数倍时,该处的光相减弱,出现暗条纹。
(4)相邻两条干涉条纹的间距
思考:解释若用白光做该实验则屏上出现彩色的干涉条纹的原因?
【应用1】如图所示,用某单色光做双缝干涉实验,P处为第三亮纹,若改用频率较高的单色光做这个实验时,则第三亮纹的位置()
A.仍在P处B.在P点上方C.在P点下方
D.要将屏向双缝方向移近一些,屏上才会出现第三亮纹
导示:当P点距双缝路程差为光波长的3倍时,P处就出现第三亮纹,若改用频率较高的光时,由于光波长减小,所以第三亮纹的位置应下移.
故选C
2.薄膜干涉:
(1)相干光源:薄膜的前后两表面的反射光。
(2)图样特点:若单色光入射,出现亮暗相间的条纹(薄膜厚度相等的地方对应同一级条纹);若白光入射,出现彩色条纹,在同一级条纹中,从紫色到红色对应的薄膜厚度从薄到厚.
(3)应用:检查光学平面的平整程度,增透膜等.
【应用2】劈尖干涉是一种薄膜干涉,其装置如图甲所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上,在一端夹入两张纸片,从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜,当光垂直人射后,从上往下看到的干涉条纹如图乙所示,干涉条纹有如下特点:(1)任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等;(2)任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定,现若在图甲装置中抽去一张纸片,则当光垂直人射到新劈形空气薄膜后,从上往下观察到的干涉条纹将如何变化?
导示:光线在空气膜的上下表面上反射,并发生干涉,从而形成干涉条纹。设空气膜顶角为θ,d1、d2处为两相部明条纹,如图所示,则两处光的路程差分别为δ1=2d1,δ2=2d2
因为δ1-δ2=λ
所以d2-d1=λ/2
设条纹间距为△L,
则由几何关系得(d2-d1)/△L=tanθ,
即△L=λ/2tanθ,当抽去一张纸片θ减小时,△L增大,即条纹变疏。
答案:变疏。
1.由于一般发光体发出若干频率的光,任何两个独立的光源发出的光叠加均不能产生干涉现象.只有采用特殊的方法从同一细光束分离出两列光波相叠加,才可能发生干涉现象.
2.在光的薄膜干涉中,前、后表面反射光的路程差由膜的厚度决定,所以薄膜干涉中同一明条纹或同一暗条纹应出现在膜的厚度相同的地方.由于光波波长极短,因此薄膜干涉所用介质膜应足够薄,才能观察到干涉条纹.
知识点二光的衍射
1.几种典型衍射现象
(1)单缝衍射(2)小孔衍射(3)圆盘衍射(泊松亮斑)
图样特点:光通过很小的孔、缝或障碍物时,会在后面的屏上出现明暗相间的条纹,且中央条纹很亮,越向边缘越暗;如果是白光发生衍射,则出现彩色条纹.
2.衍射条纹产生的理论机制
来自单缝或小孔上不同位里的光,在光屏处叠加后光波加强或削弱,加强处出现亮线,削弱处出现暗线,这个道理和两列光干涉时的道理相似.如果用白光照封,则得到的亮线是彩色的.
注意:(1)衍射产生的条件其实是指产生明显衍射的条件,光的衍射是不需要条件的,只是在有些条件下衍射比较明显,有些条件下衍射不明显而已.
(2)光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果,但存在明显的区别:干涉是两束相干光的叠加,衍射是无数光的叠加,双缝干涉条纹是等间距、等亮度的,而单缝衍射条纹除中央明条纹最宽最亮外,两侧条纹亮度、宽度逐渐减小.
【应用2】以下说法中正确的是?()
A.当光的波长比圆孔直径小时,可产生明显的衍射现象?
B.衍射现象的研究表明,光沿直线传播只是一种近似规律?
C.用平行单色光垂直照射不透明小圆板,在圆板后面的屏上发现圆板阴影中心处有一亮斑,这是光的干涉现象?
D.用平行单色光垂直照射一把刀片,发现刀片的阴影边缘模糊不清,这是光的衍射现象
导示:设本题是对衍射现象及条件的理解,在孔或障碍物的尺寸比波长小或相差不大时,才能观察到明显的衍射现象,A不正确;在障碍物尺寸比波长大得多的情况下,衍射现象不明显,也可以认为光是沿直线传播的,B正确;圆板后面的屏上发现圆板阴影中心处有一亮斑,是泊松亮斑,是光的衍射现象,C不正确;阴影的边缘模糊不清,是光的衍射的结果。
故选BD
类型一双缝干涉的明暗条纹的分析
【例1】(山东省沂源一中2008高三检测试题)如图所示,在用单色光做双缝干涉实验时,若单缝S从双缝S1、S2的中央对称轴位置处稍微向上移动,则()
A.不再产生干涉条纹
B.仍产生干涉条纹,且中央亮纹P的位置不变
C.仍产生干涉条纹,中央亮纹P的位置略向上移
D.仍产生干涉条纹,中央亮纹P的位置略向下移
导示:中央亮缝的位置应该是略向下移动。光波波程差等于半波长的偶数倍为亮条纹,但这里的波程差的计算是从单缝到光屏的距离,因而当单缝略向上移动波程差为零的位置略向下移。故选B
从本题可以看出:双缝干涉中的明暗条纹由屏上某点P到光源之间的光程差决定的,而条纹间距则由双缝到屏的距离、双缝之间的距离和光波的波长共同决定的。
类型二应用动能定理巧求变力的功
【例2】现代光学装置中的透镜、棱镜的表面常涂上一层薄膜,当薄膜的厚度是入射光在薄膜中波长的1/4时,可以大大减少入射光的反射损失,从而增强透射光的强度,这种作用是应用了光的()
A.色散现象B.全反射现象
C.干涉现象D.衍射现象
导示:增透膜即增强了透射光,减小反射光,也就是说膜前后两面的反射光叠加相抵消,所以反射光光程差为λ/2,膜厚度为λ/4。是光的干涉现象的应用。故选C。
思考:登山运动员为了防止紫外线过度照射,戴的镜子涂上膜的厚度至少为多少?
1.(徐州市2007高三第三次质量检测)下列说法中正确的是()
A.光的衍射现象说明光具有粒子性
B.光的干涉现象说明光是一种电磁波
c.光的偏振现象说明光是横波
D.电子束通过铝箔能发生衍射现象,说明作为实物粒子的电子也具有波动性
2.关于激光的说法正确的是:()
A.可以利用激光来切割各种物质,是利用了激光的亮度高的特性
B.在做双缝干涉实验时,常会用激光作光源,是利用了激光的相干性好的特性
C.激光通信是利用了激光的平行度好的特性
D.激光测距是利用了激光平行度好的特性
3.(泗阳中学2008物理第四次调研测试)一同学在“用双缝干涉测光的波长实验中,使用的双缝的间距为0.02cm,测得双缝与屏的距离为50cm,第1级亮纹中心到第5级亮纹中心的距离为O.45cm,则待测单色光的波长是.
4.(海安高级中学第七次统测)如图所示,让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q,以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q,可以看到透射光的强度会发生变化,这是光的偏振现象。这个实验表明()
A.光是电磁波B.光是一种横波
C.光是一种纵波D.光是概率波
5.(南京市秦淮中学2007年物理高考模拟试卷)夜晚,汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照射得睁不开眼,严重影响行车安全.若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃,使射出的灯光变为偏振光;同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃,其透偏方向正好与灯光的振动方向垂直,但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体.如下措施中可行的是
A.前窗玻璃的透振方向是竖直的,车灯玻璃的透振方向是水平的
B.前窗玻璃的透振方向是竖直的,车灯玻璃的透振方向是竖直的
C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°,车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°
D.前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°
参考答案1:CD2:ABD3:4.5×10-7m
4:B5:D
老师会对课本中的主要教学内容整理到教案课件中,大家在认真写教案课件了。只有制定教案课件工作计划,可以更好完成工作任务!你们了解多少教案课件范文呢?下面是由小编为大家整理的“高三物理光电效应教案26”,供您参考,希望能够帮助到大家。
第一节光电效应
三维教学目标
1、知识与技能
(1)通过实验了解光电效应的实验规律。
(2)知道爱因斯坦光电效应方程以及意义。
(3)了解康普顿效应,了解光子的动量
2、过程与方法:经历科学探究过程,认识科学探究的意义,尝试应用科学探究的方法研究物理问题,验证物理规律。
3、情感、态度与价值观:领略自然界的奇妙与和谐,发展对科学的好奇心与求知欲,乐于探究自然界的奥秘,能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
教学重点:光电效应的实验规律
教学难点:爱因斯坦光电效应方程以及意义
教学方法:教师启发、引导,学生讨论、交流。
教学用具:投影片,多媒体辅助教学设备
(一)引入新课
回顾前面的学习,总结人类对光的本性的认识的发展过程?
(多媒体投影,见课件。)光的干涉、衍射现象说明光是电磁波,光的偏振现象进一步说明光还是横波。19世纪60年代,麦克斯韦又从理论上确定了光的电磁波本质。然而,出人意料的是,正当人们以为光的波动理论似乎非常完美的时候,又发现了用波动说无法解释的新现象——光电效应现象。对这一现象及其他相关问题的研究,使得人们对光的又一本质性认识得到了发展。
(二)进行新课
1、光电效应
实验演示1:(课件辅助讲述)用弧光灯照射擦得很亮的锌板,(注意用导线与不带电的验电器相连),使验电器张角增大到约为30度时,再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板,则验电器的指针张角会变大。上述实验说明了什么?(表明锌板在射线照射下失去电子而带正电)
概念:在光(包括不可见光)的照射下,从物体发射电子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫做光电子。
2、光电效应的实验规律
(1)光电效应实验
如图所示,光线经石英窗照在阴极上,便有电子逸出----光电子。光电子在电场作用下形成光电流。
概念:遏止电压,将换向开关反接,电场反向,则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。当K、A间加反向电压,光电子克服电场力作功,当电压达到某一值Uc时,光电流恰为0。Uc称遏止电压。
根据动能定理,有:
(2)光电效应实验规律
①光电流与光强的关系:饱和光电流强度与入射光强度成正比。
②截止频率νc----极限频率,对于每种金属材料,都相应的有一确定的截止频率νc,当入射光频率ννc时,电子才能逸出金属表面;当入射光频率ννc时,无论光强多大也无电子逸出金属表面。
③光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电子逸出所需时间10-9s。
3、光电效应解释中的疑难
经典理论无法解释光电效应的实验结果。
经典理论认为,按照经典电磁理论,入射光的光强越大,光波的电场强度的振幅也越大,作用在金属中电子上的力也就越大,光电子逸出的能量也应该越大。也就是说,光电子的能量应该随着光强度的增加而增大,不应该与入射光的频率有关,更不应该有什么截止频率。
光电效应实验表明:饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关,光电子初动能也与频率有关。只要频率高于极限频率,即使光强很弱也有光电流;频率低于极限频率时,无论光强再大也没有光电流。
光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上,吸收能量要时间,即需能量的积累过程。
为了解释光电效应,爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论,提出了光量子假设。
4、爱因斯坦的光量子假设
(1)内容
光不仅在发射和吸收时以能量为hν的微粒形式出现,而且在空间传播时也是如此。也就是说,频率为ν的光是由大量能量为E=hν的光子组成的粒子流,这些光子沿光的传播方向以光速c运动。
(2)爱因斯坦光电效应方程
在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量,一部分消耗在电子逸出功W0,另一部分变为光电子逸出后的动能Ek。由能量守恒可得出:
W0为电子逸出金属表面所需做的功,称为逸出功。Wk为光电子的最大初动能。
(3)爱因斯坦对光电效应的解释
①光强大,光子数多,释放的光电子也多,所以光电流也大。
②电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出,所以不需时间的累积。
③从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率成线性关系
④从光电效应方程中,当初动能为零时,可得极限频率:
爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应,但当时并未被物理学家们广泛承认,因为它完全违背了光的波动理论。
5、光电效应理论的验证
美国物理学家密立根,花了十年时间做了“光电效应”实验,结果在1915年证实了爱因斯坦光电效应方程,h的值与理论值完全一致,又一次证明了“光量子”理论的正确。
6、展示演示文稿资料:爱因斯坦和密立根
由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。
密立根由于研究基本电荷和光电效应,特别是通过著名的油滴实验,证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖。
点评:应用物理学家的历史资料,不仅有真实感,增强了说服力,同时也能对学生进行发放教育,有利于培养学生的科学态度和科学精神,激发学生的探索精神。
光电效应在近代技术中的应用
(1)光控继电器
可以用于自动控制,自动计数、自动报警、自动跟踪等。
(2)光电倍增管
可对微弱光线进行放大,可使光电流放大105~108倍,灵敏度高,用在工程、天文、科研、军事等方面。
文章来源:http://m.jab88.com/j/75548.html
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