1、量子化现象 (一)教学目标 1知识与技能 (1)初步了解微观世界中的量子化现象，知道量子论的主要内容。 (2)知道宏观物体和微观粒子的能量变化特点，了解光的波粒二象性。 (3)知道量子论的建立不仅是物理学的革命，也对人类认识世界和科技发展具有重要影响。 2过程与方法 (1)通过了解经典物理学能量连续性观点在解释“黑体辐射”现象时的失败，体会普朗克 提出量子假说的伟大意义。 (2)通过了解“光电效应”实验与经典物理学理论的矛盾，体会爱因斯坦的光子说对光 的本性的揭露。 (3)通过了解光的波粒二象性和氢原子光谱，使学生知道微观世界能量量子化的特征， 从而使学生认识到：量子论的观点是作为现代人认识客
2、观世界的重要方法。 (4)通过列举量子论的发展所带来的科学技术的重大变革和对其他自然科学领域的影响， 体会量子论对人类认识世界的深远影响。 3情感、态度与价值观 (1)通过了解量子论的建立和发展过程，使学生体会科学家们探求真理的无限艰辛和他们 非凡的创造性思维的光芒，使学生不仅从中获取科学知识，更受到科学思维的熏陶引导 学生善于逆向思维，培养思维的灵活性、发散性和创造性。 (2)关注量子物理对我们生活所造成的影响，体会量子物理对 20 世纪科学技术领域和 人类文明进步所造成的影响。 (3)引导学生沿着前辈科学家的足迹，去体验他们是如何由实验事实出发，尊重经验事 实对理论的检验，从而一步步登入微
3、观世界的大门，感受科学家客观求实、理性追求、批 判创新的精神，培养学生敢于质疑的科学品质。 (4)通过了解并体会科学假说在物理学理论研究、发展中的作用，学习科学假说的思想 方法，培养创新思维。 (二)本节概述 1本节特点 (1)侧重于定性介绍。 (2)强调物理学思想和方法。 (3)重视实验事实。 (4)重视理性思维的作用。 2教法与学法 本节内容对学生来说，无法用已有的经典物理的观点去理解，学生缺乏相关知识的铺 垫，因而对教学会造成相当大的困难。首先应正确地定位教学的层次和难度， 课程标准 对本节要求的知识技能目标是“初步了解和知道” ，在必修课程中编排现代物理的内容，目 的是使学生在完成必修
4、课程后对物理学的发展和前景有整体性了解，也是为进一步激发学 生学习物理的兴趣，所以教学要求以了解为主，不做更高要求。教学形式可以教师启发性 地讲授为主，配合指导学生在课外阅读相关科普读物，希望在学习本节内容之后学生能够 产生更多的问题和更浓厚的兴趣。其次，教学中最好能根据学生的认知基本规律，即“从 生动的直观到抽象的思维”这一特点出发，创造条件以实验演示、计算机模拟等手段来激 发学生兴趣，突破教学难点。此外，教学中应当注意在传授知识的同时，更侧重于科学研 究的方法以及科学观点的教学，使学生通过学习能获取更多认识客观世界的研究方法和全 面的、发展的科学观点，这对其终身的发展将会起到较大的帮助。
5、(三)教材说明与教学建议 本节开篇即指出：19 世纪末 20 世纪初的许多现象与经典物理学王理论相矛盾，从而 引发了物理学的另一场革命量子论的建立。这也是本节教学的线索，从矛盾出发去理 解量子论诞生的理论背景和必然性，教学中最好以这一思路贯穿始终。 1黑体辐射：能量子假说的提出 “黑体辐射”的教学首先应指导学生了解人们对“黑体辐射”研究的社会背景(参见课 程资源黑体辐射)，使学生理解科学的发展总是和社会、经济的需求密切联系的教学 中要突出用经典物理学理论来解释黑体辐射遇到的困难，使学生认识到黑体辐射是经典物 理能量连续性概念不适用于微观世界的典型事例，在此基础上讲述普朗克的能量子假设， 才能使
6、学生切实地认识到量子概念的必然。同时使学生领会当实验事实和理论相违背时， 往往预示着理论存在的缺陷，或是新的理论诞生的萌芽。 普朗克提出“能量子假说”宣告了物理学的一场革命然而在当时由于经典物理中的 能量连续性概念在人们的头脑中根深蒂固，几乎所有的科学家相信包括能量在内的一切自 然过程都是连续的，普朗克提出这种与经典物理学截然不同的观点是需要极大的勇气的， 教学中可补充介绍普朗克在公开提出“能量子假说”时的“谨慎和大胆”(可查询世界著 名科学家简介和物理学家风雅趣闻中关于普朗克的介绍)，使学生体会科学家尊重客 观规律、为揭示真理而勇于挑战传统观念的科学精神。 教学中还应指出尽管普朗克开创了量子
7、论，然而他的工作是不彻底的他认为，辐射 的能量仅仅在原子吸收或发射时是不连续的，一份一份的，而在传播过程中，则仍是连续 的曾有记者问他“您说能量到底是连续的呢?还是不连续的呢?”普朗克回答说：“如果 一个人用小碗从缸里舀水，倒在水池中，您说水是连续的呢?还是不连续的呢?”从普朗克 的回答中，我们可以看出，他认为辐射本质上还是连续的，只是在原子发射或吸收辐射时， 才是一份一份的。把量子化思想贯彻到底的是爱因斯坦。 讨论与交流 此处安排的“讨论与交流”目的是使学生体会能量子假说与经典物理的传统观念格格 不入过去，人们总认为一切自然过程都是连续的，比如能量的传递和释放中，宏观状态 下的能量总是由一切
8、微观状态下的能量连续排列组合而成，中间毫不间断。因此， “能量子 假说”是对经典物理学理论的重大突破。 2光子说：对光电效应的解释 光电效应是经典物理能量连续性概念不适用于微观世界的另一典型现象。教学中应重 点将经典物理和光子说对光电效应现象的解释(注意指出一个电子吸收一个光子的能量)进 行对比，使学生能将经典物理以“光是电磁波，它的能量是连续的”这种观点对光电效应 现象作出解释时与实验事实的矛盾，与光子说对这些矛盾的圆满解释相对照，从而领悟光 具有粒子性。出于降低难度考虑，教材中仅介绍了“光电效应的产生与光的频率有关而与 强度无关”这一现象特征，教学中可视学生情况决定是否补充介绍其他特征(参
9、见课程资源 光电效应)。 如果学校条件容许，最好能安排光电效应演示实验或者根据教学实际需要，设计制作 多媒体课件，利用计算机模拟实验，尽可能为学生提供一种研究、探索的情景，同时辅以 积极的思维活动，不仅使学生较好地掌握了光电效应现象的本质，也使他们受到了一次物 理实验方法的熏陶。 3光的波粒二象性：光的本性揭示 由于学生没有学过关于“光的波动性”以及“干涉、衍射”的知识，对于认识“光的 波粒二象性”显然难度较大这里最好能做光的双缝干涉实验，结合实验现象来解释何为 “概率波” ，也可以借助语言，通过比喻或类比，进一步丰富学生的表象，如光的波粒二象 性，我们可以想象：光似乎是一群“光子雨” ，光的
10、颜色反映出“雨点”的力量，雾霭茫茫， 多像烟波；点点滴滴，又多像颗粒这里注意引导学生以全面的、辩证的观点认识事物。实 际上光的波粒二象性取决于你观察问题的着眼点，就像我们常常用瞎子摸象来比喻同一个 事物的不同侧面的反映，在微观世界中：大量光子运动产生的效果显示出波动性，个别光 子运动产生的效果显示出粒子性，光在传播时显示波动性；与物质发生作用时往往显示粒 子性。 可以指导学生在课后进一步了解科学界关于“光的本性”的探索历程(参见课程资源 光的本质波动说与微粒说的交锋)，鼓励学生撰写小论文或分组交流、汇报各自的 学习成果，从而使学生了解近代物理学的形成、发展的历程，这当中包括科学的假说、科 学的
11、遗憾、科学的突破、科学的争论、科学的蒙难；使学生在了解物理学史的过程中受到 科学研究方法的熏陶，也使学生感受科学家脚踏实地、埋头苦干、不图功利的科学态度和 崇高的思想品德。 4原子光谱：原子能量的不连续 原子光谱是微观粒子能量不连续的典型现象，这里重在通过这一形象实例使学生更深 地领会微观世界能量量子化的特征。 量子论建立的意义教材没有作过多介绍，教学中可灵活处理，教师可以举例说明也可 以布置学生查询量子论的发展对现代科技领域和社会发展的影响体现在哪些方面。可以向 学生说明，普朗克的能量量子化思想、爱因斯坦的光量子假说以及之后的玻尔原子轨道量 子化理论统称为旧量子论，具有一定的局限性，很难应用
12、到更复杂的情况。1924 年开始， 为了摆脱旧量子论的局限性，物理学家们建立了全新的、描述微观世界运动的理论量 子力学，新的量子理论不仅能胜任旧量子理论的全部任务，而且能够准确地描述更复杂的 现象，并方便地应用到更广泛的领域(参见课程资源量子力学的建立和意义)。也可指 导学生在课后了解量子论进一步发展为量子力学的过程以及量子力学与科技、生活的密切 联系。 注意应向学生说明，量子论和量子力学的建立并不是完全否定了经典力学，它只是在 微观世界领域否定了经典物理中根深蒂固的连续性概念和决定论思想，事实上宏观的经典 物理是量子物理的极限形式。 本节教学中应注重突出科学假说的作用和渗透科学假说的思想方法
13、，这是培养学生创 新思维的重要途径对 21 世纪知识经济时代中参与竞争的学生，培养探究形成假说的能力、 严密思维的能力和创新思维的能力无疑是十分必要和十分紧迫的量子物理的发展与假说 方法联系密切，从黑体辐射问题的研究中出现的“紫外灾难” ，到 1900 年普朗克的能量子 假说，到 1905 年爱因斯坦“光量子假说” ，到玻尔量子理论解释原子问题，建立旧量子论， 到海森堡、薛定谔提出量子力学，再应用爱因斯坦相对论提出相对论量子力学的整个量子 理论的发展，无不体现了从假说理论新假说新理论的循环发展模式，而 每一次的发展都是对前一层次理论(假说)的继承、完善和修改，又是后一层次理论(假说) 的重要台阶。应引导学生体会假说的意义和方法，使学生了解：卜个自然现象，在其未被 揭示出科学本质之前，人们对它的认识是很不完整的，甚至是片面的，只能借助于假说的 形式进行研究与探索当某一假说被大量事实所证实时，它就发展成一种理论；当新的科 学事实又积累到一定程序与假说相矛盾时，又必须提出新的假说或修改、补充原来的假说， 以便能圆满地解释事实，进而促进理论的进一步研究与发展。因此假说是物理学研究中理 论发展必不可少的方法与桥梁。 (四) 小结 （五）作业
