鲁科版 (2019)必修 第三册第4节 初识光量子与量子世界优质课教学设计

这是一份鲁科版 (2019)必修 第三册第4节 初识光量子与量子世界优质课教学设计，共4页。教案主要包含了教学目标，教学重难点，教学过程，课堂总结等内容，欢迎下载使用。

【教学目标】
【教学重难点】
1．初步了解微观世界的量子化特征。
2．通过对场的认识，能体会人类对自然界的认识是不断发展的。
【教学过程】
一、导入新课
光是电磁波的学说得到承认后，几乎所有光的现象都能够用光的电磁理论进行解释。然而，这一似乎完美的理论在解释某些光的现象时，却遇到一些困难。这引发了人们对光的电磁波说的再认识，开创了量子理论的新时代。本节将学习量子理论的一些初步知识。
二、新知学习
1．光的量子化
（1）光的微粒说和光的波动说。光的微粒说可以解释光的反射、光的颜色等；光的波动说可解释干涉、衍射、偏振等现象。
（2）爱因斯坦在解释光电效应时提出了光量子假说，认为光的发射、传播和接收都是一份份光子的形式进行的。后来光量子正式命名为光子。
（3）光即具有波动特性，又具有粒子特性，即具有波粒二象性。
2．初识量子世界：量子假说认为，物质辐射（或吸收）的能量E只能是最小能量单位的整数倍，即E＝nε（n＝1，2，3，…）。一份能量就是一个能量子，能量子的能量ε与频率ν成正比即ε＝hν。普朗克常量h＝6.626176×10－34 J·s。
量子理论不仅改变了人类对物质结构及其相互作用的理解，还为电子扫描隧道显微镜、量子保密通信等现代技术奠定了基础。量子理论应用于计算机技术，还使计算机朝着更小更快的方向发展，进一步拓展了人们对大千世界的认识。
三、核心探究
[要点归纳]
1．能量子公式
ε＝hν＝eq \f(hc,λ)，λ为电磁波波长，ν是电磁波的频率，h是一个常量，后被称为普朗克常量（Planck cstant），其值为h＝6.626176×10－34 J·s。
2．能量的量子化
在微观世界中能量不能连续变化，只能取分立值，这种现象叫做能量的量子化。
3．量子化假设的实验证实
普朗克公式与实验结果比较，发现它与实验结果“令人满意地相符”。比较图线如下图所示，曲线是根据普朗克的公式作出的，小圆代表实验值。
[试题案例]
[例1]神光“Ⅱ”装置是我国规模最大的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2400J、波长λ＝0.35 μm的紫外激光。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，则该紫外激光所含光子数为多少？
解析 紫外激光的波长已知，由此可求得紫外激光能量子的值，再根据紫外激光发射的总能量为2400 J，即可求得紫外激光所含光子数。紫外激光能量子的值为：
ε0＝eq \f(hc,λ)＝eq \f(6.63×10－34×3×108,0.35×10－8) J＝5.68×10－19 J，
则该紫外激光所含光子数：n＝eq \f(E,ε0)＝eq \f(2 400,5.68×10－19)＝4.23×1021个。
答案 4.23×1021（个）
[针对训练1] 根据爱因斯坦的“光子说”可知（ ）
A．“光子说”本质就是牛顿的“微粒说”
B．只有光子数很多时，光才具有粒子性
C．一束单色光的能量可以连续变化
D．光的波长越长，光子的能量越小
解析 “光子说”提出光子既有波长又有动量，是波动说和粒子说的统一，不同于牛顿的“微粒说”，故A错误；当光子数很少时，显示粒子性；大量光子显示波动性，故B错误；爱因斯坦的“光子说”提出在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，每个光子的能量为E＝hν，故光的能量是不连续的，故C错误；光的波长越大，根据ν＝eq \f(c,λ)，频率越小，故能量E＝hν越小，故D正确。
答案 D
[针对训练2]下列宏观概念中，是量子化的有（ ）
A．物质的质量
B．弹簧振子的能量
C．汽车的个数
D．卫星绕地球运行的轨道
答案 C
【课堂总结】
物理观念
科学态度与责任
核心素养
1．了解光的本质是什么。
2．知道光是一种电磁波，知道光的能量是不连续的。
3．初步了解微观世界的量子化特征。
4．具有与光的量子化有关的能量观念。
通过对场的认识，能体会人类对自然界的认识是不断发展的。