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2019-2020年高一物理《第5章經典力學與物理學革命》學案（2） 【課標說明】： 1、初步了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象，知道量子論的主要內容。 2、知道宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點，了解光的波粒二象性。 3、知道量子論的建立不僅是物理學的革命，也對人類認識世界和科技發(fā)展具有重要影響。 4、通過了解經典物理學能量連續(xù)性觀點在解釋“黑體輻射”現(xiàn)象時的失敗，體會普朗克提出量子假說的偉大意義。 4、通過了解“光電效應”實驗與經典物理學理論的矛盾，體會愛因斯坦的光子說對光的本性的揭露。 5、通過了解光的波粒二象性和氫原子光譜，使學生知道微觀世界能量量子化的特征，從而使學生認識到：量子論的觀點是作為現(xiàn)代人認識客觀世界的重要方法。 教學教程： 一.黑體輻射：能量子假說的提出 1.黑體： 如果一個物體能夠吸收照射到它上面的全部輻射而無反射，這種物體就叫做黑體。 2.黑體輻射： 黑體的溫度升高時可以輻射出任何頻率的電磁波(包括可見光和不可見光)。 黑體輻射的實驗規(guī)律無法用經典物理學的理論解釋。 3.能量子假說： 所謂能量子就是能量的最小單元。微觀領域里能量的變化總表現(xiàn)為電磁波的輻射與吸收，不同頻率的電磁波其能量子的值不同，表達式為： E=hυ 其中，υ是電磁波的頻率，h是一個普遍適用的常量，稱作普朗克常量。由實驗測得h ＝6.6310－34Js。 4.能量的量子化 在微觀領域里能量的不連續(xù)變化，即只能取分立值的現(xiàn)象，叫做能量的量子化。 ——普朗克的能量子假說不僅解決了黑體輻射的理論困難，而且揭開了物理學上嶄新的篇章。 二、光電效應現(xiàn)象 1、光電效應現(xiàn)象： 在光的照射下，物體表面發(fā)出電子的現(xiàn)象叫做光電效應。發(fā)射出來的電子叫光電子 2 光電效應規(guī)律： 1）光電效應的發(fā)生幾乎是瞬時的，時間不超過10－9s. 2）任何金屬都有一個能產生光電效應的最低照射光頻率，叫做極限頻率 3）光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大，而與入射光強度無關 4）光電流強度與入射光的強度成正比． 結論:光電效應的發(fā)生與否,與光的強弱無關,與照射埋單長短無關,與光的頻率、金屬材料的種類有關。 3、波動理論在解釋光電效應時的矛盾 1）波動理論無法解釋極限頻率 2）光電子最大初動能的大小應與光強有關，與頻率無關 ． 3）弱光照射時應有能量積累過程，不應瞬時發(fā)生 三、光子說 1、光的波動理論在解釋光電效應時遇到了巨大的困難。后來，愛因斯坦在普朗克量子化理論的啟發(fā)下，提出了光子學說． 2、愛因斯坦在1905年提出，在空間中傳播的光也不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光量子，簡稱光子． 3、光子的能量和頻率成正比，光子能量： 四、光的波粒二象性 1.光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說明光具有波動性； 2.光電效應現(xiàn)象說明光具有粒子性。 結論：光既具有波的特性又具有粒子的特性。這就是光的波粒二象性。 ①在宏觀上，大量光子傳播往往表現(xiàn)為波動性；②在微觀上，個別光子在與其他物質產生作用時，往往表現(xiàn)為粒子性。 五、原子光譜：原子能量的不連續(xù) 1.經典理論與實驗的矛盾 ①經典理論：能量是連續(xù)變化的，原子發(fā)光的光譜是連續(xù)譜。 ②實驗結論：原子發(fā)光的光譜是不連續(xù)的線狀譜—原子光譜。 2.原子光譜的解釋： 原子只能處于一系列不連續(xù)的能量狀態(tài)中，當原子從一種能量狀態(tài)變化到另一能量狀態(tài)時，輻射（或吸收）一定頻率的光子，輻射（或吸收）的光子的能量是不連續(xù)的。 氫原子光譜 氫原的能級圖 結論： 量子化現(xiàn)象是微觀世界的普遍現(xiàn)象，這與經典理論產生尖銳矛盾。這暴露了經典物理學的局限性（宏觀、低速）。從而引發(fā)了物理學的革命——量子論的建立，使人類對物質的認識由宏觀世界進入微觀領域。 第四節(jié) 物理學—人類文明進步的階梯 一.物理學與自然科學——人類文明進步的基石 在物理學的基礎性研究過程中，形成和發(fā)展出來的基本概念、基本理論、基本實驗手段和精密的測試方法，已成為其他許多學科的重要組成部分，并產生了良好的效果．這對于天文學、化學、生物學、地學、醫(yī)學、農業(yè)科學甚至經濟學都是如此。 19世紀末、20世紀初，相對論和量子論的確立是物理學革命的高潮，以物理學革命為先導，帶動了化學、生物學、天文學、地質學等學科的理論也都發(fā)生了革命性的突破，并形成了一些交叉學科，如物理化學、生物物理、地球物理等等．當前科學中最活躍、最引人注目的課題，如生命科學、宇宙起源、材料科學等等，都與物理學的研究成果和研究方法密切相關．現(xiàn)代物理知識對其他學科的滲透比上個世紀要廣泛得多，教師在教學過程中必須拓寬視野，重視物理學與人文科學和其他技術科學知識的交叉與拓寬． 二.物理學與現(xiàn)代技術——人類文明進步的推動力 物理學的基礎性、技術性、思想性使之成為推動人類文明進步的重要力量。 1、基礎性 物理學是基礎自然科學。物理學的研究成果和研究方法直接應用于化學、生物、地理、氣象等自然科學，大大加速了自然科學的發(fā)展和分化獨立，甚至形成了新的獨立學科或分支學科。如天體物理學、空間物理學、地球物理學，流體力學、生物物理，物理化學、量子化學等等。使人們更全面地探索、認識自然界的規(guī)律。 2．技術性 物理學幾乎是一切工程科學的基礎。物理學的成就直接發(fā)展了各種各樣的工程技術，形成了今天門類齊全、多樣的工業(yè)體系。今天的許多高新技術也仍然是以物理學的研究成果為基礎的。這些工程技術的發(fā)展應用，極大地提高了社會生產力水平，改變了人類的生活、生產方式，創(chuàng)造了輝煌的物質文明。比如，機械、建筑科學就是經典力學原理的實際運用，今天的電力、電子工業(yè)是電磁學發(fā)展的結果，光學特別是激光技術使得光纖通信、互聯(lián)網(wǎng)、激光醫(yī)學等蓮勃發(fā)展。在萬有引力定律基礎上發(fā)展起來的航天技術使得人類的足跡不斷地向宇宙深處延伸。 3、思想性 物理學在自身的發(fā)展進步中積累的思想方法是人類思想領域的瑰寶。這些思想方法和物理學的研究成就一道在改善人們的生產、生活條件的同時，也改變著人們的思維方式。指引著人們破除迷信、消除愚昧、尊重客觀事實、尊重科學，不斷追求真、善、美，推動人類文明的車輪該滾向前。人類社會歷史上的幾次工業(yè)革命都足以物理學的重大成果為基礎的。牛頓力學、熱學的發(fā)展導致了第一次工業(yè)革命，使人類進入蒸汽機時代，解放了人的體力。電磁技術的突破性成就迎來了第二次工業(yè)革命。人類進入了電氣化時代。量子理論、相對論使得核物理學取得重大突破，引發(fā)了第三次工業(yè)革命，人類進入了原子能時代。