【教學(xué)目標(biāo)】
【教學(xué)重難點(diǎn)】
1．初步了解微觀世界的量子化特征。
2．通過對場的認(rèn)識，能體會人類對自然界的認(rèn)識是不斷發(fā)展的。
【教學(xué)過程】
一、導(dǎo)入新課
光是電磁波的學(xué)說得到承認(rèn)后，幾乎所有光的現(xiàn)象都能夠用光的電磁理論進(jìn)行解釋。然而，這一似乎完美的理論在解釋某些光的現(xiàn)象時，卻遇到一些困難。這引發(fā)了人們對光的電磁波說的再認(rèn)識，開創(chuàng)了量子理論的新時代。本節(jié)將學(xué)習(xí)量子理論的一些初步知識。
二、新知學(xué)習(xí)
1．光的量子化
（1）光的微粒說和光的波動說。光的微粒說可以解釋光的反射、光的顏色等；光的波動說可解釋干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象。
（2）愛因斯坦在解釋光電效應(yīng)時提出了光量子假說，認(rèn)為光的發(fā)射、傳播和接收都是一份份光子的形式進(jìn)行的。后來光量子正式命名為光子。
（3）光即具有波動特性，又具有粒子特性，即具有波粒二象性。
2．初識量子世界：量子假說認(rèn)為，物質(zhì)輻射（或吸收）的能量E只能是最小能量單位的整數(shù)倍，即E＝nε（n＝1，2，3，…）。一份能量就是一個能量子，能量子的能量ε與頻率ν成正比即ε＝hν。普朗克常量h＝6.626176×10－34 J·s。
量子理論不僅改變了人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其相互作用的理解，還為電子掃描隧道顯微鏡、量子保密通信等現(xiàn)代技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。量子理論應(yīng)用于計(jì)算機(jī)技術(shù)，還使計(jì)算機(jī)朝著更小更快的方向發(fā)展，進(jìn)一步拓展了人們對大千世界的認(rèn)識。
三、核心探究
[要點(diǎn)歸納]
1．能量子公式
ε＝hν＝eq \f(hc,λ)，λ為電磁波波長，ν是電磁波的頻率，h是一個常量，后被稱為普朗克常量（Planck cstant），其值為h＝6.626176×10－34 J·s。
2．能量的量子化
在微觀世界中能量不能連續(xù)變化，只能取分立值，這種現(xiàn)象叫做能量的量子化。
3．量子化假設(shè)的實(shí)驗(yàn)證實(shí)
普朗克公式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)它與實(shí)驗(yàn)結(jié)果“令人滿意地相符”。比較圖線如下圖所示，曲線是根據(jù)普朗克的公式作出的，小圓代表實(shí)驗(yàn)值。
[試題案例]
[例1]神光“Ⅱ”裝置是我國規(guī)模最大的高功率固體激光系統(tǒng)，利用它可獲得能量為2400J、波長λ＝0.35 μm的紫外激光。已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，則該紫外激光所含光子數(shù)為多少？
解析 紫外激光的波長已知，由此可求得紫外激光能量子的值，再根據(jù)紫外激光發(fā)射的總能量為2400 J，即可求得紫外激光所含光子數(shù)。紫外激光能量子的值為：
ε0＝eq \f(hc,λ)＝eq \f(6.63×10－34×3×108,0.35×10－8) J＝5.68×10－19 J，
則該紫外激光所含光子數(shù)：n＝eq \f(E,ε0)＝eq \f(2 400,5.68×10－19)＝4.23×1021個。
答案 4.23×1021（個）
[針對訓(xùn)練1] 根據(jù)愛因斯坦的“光子說”可知（ ）
A．“光子說”本質(zhì)就是牛頓的“微粒說”
B．只有光子數(shù)很多時，光才具有粒子性
C．一束單色光的能量可以連續(xù)變化
D．光的波長越長，光子的能量越小
解析 “光子說”提出光子既有波長又有動量，是波動說和粒子說的統(tǒng)一，不同于牛頓的“微粒說”，故A錯誤；當(dāng)光子數(shù)很少時，顯示粒子性；大量光子顯示波動性，故B錯誤；愛因斯坦的“光子說”提出在空間傳播的光是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個光子，每個光子的能量為E＝hν，故光的能量是不連續(xù)的，故C錯誤；光的波長越大，根據(jù)ν＝eq \f(c,λ)，頻率越小，故能量E＝hν越小，故D正確。
答案 D
[針對訓(xùn)練2]下列宏觀概念中，是量子化的有（ ）
A．物質(zhì)的質(zhì)量
B．彈簧振子的能量
C．汽車的個數(shù)
D．衛(wèi)星繞地球運(yùn)行的軌道
答案 C
【課堂總結(jié)】
物理觀念
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任
核心素養(yǎng)
1．了解光的本質(zhì)是什么。
2．知道光是一種電磁波，知道光的能量是不連續(xù)的。
3．初步了解微觀世界的量子化特征。
4．具有與光的量子化有關(guān)的能量觀念。
通過對場的認(rèn)識，能體會人類對自然界的認(rèn)識是不斷發(fā)展的。

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第4節(jié) 初識光量子與量子世界

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