《光的粒子性》
高三首轮复习课应以本为根本
高三首轮复习课教案
钱钦海 江阴长泾中学
一、教学目标
1、知识与技能
（1）复习光电效应及康普顿效应的基本内容，并加深对概念和规律的理解。
（2）知道粒子说成立的四个证据，并且了解它们提出的历史背景。
（3）能灵活应用已学的相对论知识，并能推导出粒子说所对应光子的属性物理量
2、过程与方法：
（1）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。
（2）以教材为根本、从教材而延伸，在熟读教材过程中提高发现能力、理解能力、拓展能力。
3、情感、态度与价值观：
（1）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。
（2）学习物理需要探究的主动意识，并注重与人合作的科学精神的养成。
二、教学重点：
（1）光的粒子说成立的四个证据的找寻与理解。
（2）对光电效应实验规律的解释及光子的属性物理量的导出。
三、教学难点：对光电效应实验规律的解释及康普顿效应中的计算。
四、教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
五、教学用具：多媒体辅助教学设备
六、教学过程：
教学内容
[引入]前面学过，为了解释黑体辐射，普朗克提出了能量子学说，他认为电磁波（包括光）在发射和吸收时，是一份一份进行的。但是爱因斯坦认为这不够彻底，光的传播也应该是一份一份的，这就是光子说。
一、光子说
1、光子：光的传播是一份一份的，每份叫光量子
2、能量：
3、区别于普朗克能量子
[师]打个比方，在普朗克眼中，光就像一根油条，但是只能一口一口吃，一口一口吐（笑），在爱因斯坦眼中，光好比什么呢？对，就像一串糖葫芦。
[师]现在我们认为光的粒子性是正确的，那么都有哪些证据呢？课前已经布置大家在课本中寻找这些证据了，请大家说出来！
[学生] 光电效应！
[师]对，其实光电效应是光子说提出的依据，是依据当然是证据。
图1 |
1、光电效应
[课件展示]如图1所示实验图
（1）概念：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。
（2）基本规律： ①极限频率：
②瞬时性：10S
③光电子的最大初动能只跟入射光的频率有关：
[师]现在请大家用光子说解释这三个基本规律
[提问]略。
光电管 |
V |
GA |
图2 |
我们由临界法可以知道，大家可以将光电效应方程做变形吗？
[学生]
[师]很好！要是实验室条件允许，我们也能做光电效应这个实验，比如光电管这个现象清晰直观的实验仪器。
[课件展示]如图2所示实验仪器，并动画演示实验效果。
[师]现在请大家用光子说解释这些现象
图3 |
[课件展示]如图3所示规律图象
（3）实验研究：
饱和电流：只与入射光的强度有关。
遏止电压：
[引导延伸]那么如何用该实验来测出h值呢?请大家设计实验方案，列出测量表格，提出数据处理的办法。
[讨论并设计] 列函数表达式，设计表格，创立坐标系，描点连线，找规律，求直线斜率。
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图4 |
[师]大家很成功地设计了实验，找到了测定值的方法，那么是谁第一次做这个实验的呢？
2、密立根测定h值实验：
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。
[师] 密立根帮了爱因斯坦的忙，同时他的实验也就成为光子说成立的间接证据了。那么还有其他证据吗？
图5 |
[课件展示] 如图5所示实验仪器，并演示动画。
3、康普顿效应
（1）概念：散射现象中有部分光的波长变长的现象。
（2）微观解释：
①光子具有能量、动量
②碰撞过程中能量、动量守恒（微观高速同样适用）
[师]有了这么多的证据，大家应该不会怀疑光子说的正确性了，那么对于一个光子，我们应该认识以下几个属性物理量。
三、光子的属性物理量
1、能量：
2：质量：
[引导延伸]光子有静止质量吗？
没有！因为爱因斯坦的相对论告诉我们，在任何参照系中光的速度不变，即找不到这样一个参照系，能与光子相对静止。所以光子没有静止质量。
3、动量：
[引导延伸]以上这些属性物理量不仅表明光子是客观存在的物质，而且具有粒子性，下面来考验大家。我们将康普顿光子与电子碰撞的模型简单化，如图6所示，一个波长为的光子与一个静止的电子发生正碰，反弹后波长变为，已知电子的静止质量为，试推导出波长的变化量的表达式。
[讨论并引导]分别从能量守恒和动量守恒的角度找到各物理量之间的关系。
[学生板演]
动量守恒： （设分别是碰撞后电子的质量和速度）
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λ |
碰撞前
碰撞后
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图6 |
相对论质量公式：
（因为解出这三个方程比较有难度，所以在数学处理技巧上要做些提示，以节省时间）
由以上三式联立得：
[课堂总结]康普顿正是用这种方法，得到了一系列的数据，结果与他的实验数据符合得很好，这又是一个光子说成立的证据！他用光子说解释康普顿效应，又用实验证明了自己的猜想，因此他获得了诺贝尔奖。
这样我们就有了四个证据了。有了这四个证据，我们对于光子说的正确性已经毫无怀疑，那么麦克斯韦的电磁说难道错了？我们该如何处理粒子说和波动说的关系呢？请预习《波粒二象性》。
七、教学后记
高三首轮复习课之所以难上，主要有两个障碍。其一，课堂上要帮助学生回忆已经忘记的知识，但又不能当成新授课；其二，课堂上要注重知识的拓展，但又不能挖得太深，以免学生囫囵吞枣。
在准备这堂课的时候，如果还是按照教材的知识安排，这就无异于新授课，体现不出高三复习的特点和目的，既浪费时间又没有新意。因此本人就认真研读教材，努力在课本中寻求突破口，功夫不负有心人，于是就有了上面的思路——先与学生回忆光子说，再在课本中寻找证据，在寻找的过程中注重对相关问题的延伸，体会艰辛探索的同时，幸福地找到了四个证据。从课堂上学生的反应，以及课后作业的反馈来看，本节课很好地完成了教学目标，特别是在情感态度与价值观方面。
这节课的成功，让我意识到，在高三首轮复习时，要做到以本为根本，由本而延伸，同时也要引导学生多读教材，多体会教材中的科学思想。
八、板书设计
标题：光的粒子性
一、光子说
1、光子：光的传播是一份一份的，每份叫光量子
2、能量：
3、区别于普朗克能量子
二、光子说成立的证据
1、光电效应
（1）概念：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象。
（2）基本规律： ①极限频率：
②瞬时性：10S
③光电子的最大初动能只跟入射光的频率有关：
（3）实验研究：
饱和电流：只与入射光的强度有关。
遏止电压：
2、密立根测定h值实验：
实验测量值h与普朗克提供的理论值几乎一致
3、康普顿效应
（1）概念：散射现象中有部分光的波长变长的现象。
（2）微观解释：①光子具有能量、动量
②碰撞过程中能量、动量守恒（微观高速同样适用）
4、康普顿利用动量守恒等理论计算出值与实验值一致。
三、光子的属性物理量
1、能量：
2：质量： 光子没有静止质量。
3、动量：
附件：