高中物理選修3-5全套教案(人教版)

★新課標要求1、明確探究碰撞中的不變量的基本思路.2、掌握同一條直線上運動的兩個物體碰撞前后的速度的測量方法.3、掌握實驗數(shù)據(jù)處理的方法.1、學習根據(jù)實驗要求，設計實驗，完成某種規(guī)律的探究方法。2、學習根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行猜測、探究、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的探究方法。（三）情感、態(tài)度與價值觀1、通過對實驗方案的設計，培養(yǎng)學生積極主動思考問題的習慣，并鍛煉其思考的全面性、準確性與邏輯性。2、通過對實驗數(shù)據(jù)的記錄與處理，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度，能使學生靈活地運用科學方法來研究問題，解決問題，提高創(chuàng)新意識。3、在對實驗數(shù)據(jù)的猜測過程中，提高學生合作探究能力。4、在對現(xiàn)象規(guī)律的語言闡述中，提高了學生的語言表達能力，還體現(xiàn)了各學科之間的聯(lián)系，可引伸到各事物間的關聯(lián)性，使自己溶入社會。碰撞中的不變量的探究教師啟發(fā)、引導，學生自主實驗，討論、交流學習成果。投影片，多媒體輔助教學設備；完成該實驗實驗室提供的實驗器材，如氣墊導軌、滑塊等（1）臺球由于兩球碰撞而改變運動狀態(tài)。（2）微觀粒子之間由于相互碰撞而改變狀態(tài)，甚至使得一種粒子轉化為其他粒子.師：碰撞是日常生活、生產(chǎn)活動中常見的一種現(xiàn)象，兩個物體發(fā)生碰撞后，速度都發(fā)生變化.師：兩個物體的質(zhì)量比例不同時，它們的速度變化也不一樣.師：物理學中研究運動過程中的守恒量具有特別重要的意義，本節(jié)通過實驗探究碰撞過師：我們只研究最簡單的情況——兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰撞后仍沿同一直線運動.課件：碰撞演示如圖所示，A、B是懸掛起來的鋼球，把小球A拉起使其懸線與豎直線夾一角度a，放開后A球運動到最低點與B球發(fā)生碰撞，碰后B球擺幅為β角．如兩球的質(zhì)量mA=mB，碰后A球靜止，B球擺角β=α,這說明A、ABAB結論：以上現(xiàn)象說明A、B兩球碰撞后，速度發(fā)生了變化，當A、B兩球的質(zhì)量關系發(fā)生變化時，速度變化的情況也不同．1．2追尋不變量師：在一維碰撞的情況下與物體運動有關的量只有物體的質(zhì)量和物體的速度.為v’、v’.規(guī)定某一速度方向為正.碰撞前后速度的變化和物體的質(zhì)量m的關系，我們可以做如下猜測：②必須在各種碰撞的情況下都不改變的量，才是我們追尋的不變量.2．1實驗必須保證碰撞是一維的，即兩個物體在碰撞之前沿同一直線運動，還沿同一直線運動;速度的測量：可以充分利用所學的運動學知識，如利用勻速運動、平拋運動，并借助于一種測速原理如圖所示，圖中滑塊上紅色部分為擋光板，擋光板有一定的寬度，設為L．氣墊導軌上黃色框架上安裝有光控開關，并與計時裝置相連，構成光電計時裝置.則滑塊相當于在L的位移上運動了時間t，所以滑塊勻速運動的速度v=L/t.速度2碰撞前11222+2=碰撞后1122速度2碰撞前11222+2=碰撞后2221速度2碰撞前11222+2=碰撞后2221實驗記錄及分析（b）速度2碰撞前11222+2=碰撞后11122v’1m1+++v’m2碰撞前碰撞后碰撞前11122速度1222+2=22將打點計時器固定在光滑桌面的一端，把紙帶穿過打點計時器，連在小車的后面。讓小車A運動，小車B靜止。在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時撞針插入橡皮泥中，把兩個小車連接成一體（如上圖）。通過紙帶測出它們碰撞前后的速度。碰撞必須包括各種情況的碰撞；）；碰撞前后物體速度的測量（利用光電門或打點計時器等）?！锝虒W體會思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學生能力的關鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。★新課標要求理解動量守恒定律的確切含義和表達式，知道定律的適用條件和適用范圍在理解動量守恒定律的確切含義的基礎上正確區(qū)分內(nèi)力和外力（三）情感、態(tài)度與價值觀培養(yǎng)邏輯思維能力，會應用動量守恒定律分析計算有關問題動量的概念和動量守恒定律動量的變化和動量守恒的條件.教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。投影片，多媒體輔助教學設備上節(jié)課的探究使我們看到，不論哪一種形式的碰撞，碰撞前后mυ的矢量和保持不變，（1）動量的定義：物體的質(zhì)量與速度的乘積，稱為(物體的)動量。記為p=mv.單位：①狀態(tài)量：動量包含了“參與運動的物質(zhì)”與“運動速度”兩方面的信息，反映了由這兩方面共同決定的物體的運動狀態(tài)，具有瞬時性。師：大家知道，速度也是個狀態(tài)量，但它是個運動學概念，只反映運動的快慢和方向，而運動，歸根結底是物質(zhì)的運動，沒有了物質(zhì)便沒有運動.顯然地，動量包含了“參與運動的物質(zhì)”和“運動速度”兩方面的信息，更能從本質(zhì)上揭示物體的運動狀態(tài)，是一個動力學概念.②矢量性：動量的方向與速度方向一致。師：綜上所述：我們用動量來描述運動物體所能產(chǎn)生的機械效果強弱以及這個效果發(fā)生的方向，動量的大小等于質(zhì)量和速度的乘積，動量的方向與速度方向一致。定義：若運動物體在某一過程的始、末動量分別為p和p′，則稱：△p=p′－p為物體在該過程中的動量變化。強調(diào)指出：動量變化△p是矢量。方向與速度變化量△v相同。一個質(zhì)量是0.1kg的鋼球，以6m/s的速度水平向右運動，碰到一個堅硬的障礙物后被彈回，沿著同一直線以6m/s的速度水平向左運動，碰撞前后鋼球的動量有沒有變化？變化【學生討論，自己完成。老師重點引導學生分析題意，分析物理情景，規(guī)范答題過程，詳細過程見教材，解答略】（1）系統(tǒng)：相互作用的物體組成系統(tǒng)。（2）內(nèi)力：系統(tǒng)內(nèi)物體相互間的作用力（3）外力：外物對系統(tǒng)內(nèi)物體的作用力〖教師對上述概念給予足夠的解釋，引發(fā)學生思考和討論，加強理解〗分析上節(jié)課兩球碰撞得出的結論的條件：兩球碰撞時除了它們相互間的作用力（系統(tǒng)的內(nèi)力）外，還受到各自的重力和支持力的作用，使它們彼此平衡。氣墊導軌與兩滑塊間的摩擦可以不力，或說它們所受的合外力為零。（1）內(nèi)容：一個系統(tǒng)不受外力或者所受外力的和為零，這個系統(tǒng)的總動量保持不變。這個結論叫做動量守恒定律。①研究對象：幾個相互作用的物體組成的系統(tǒng)（如：碰撞）。②矢量性：以上表達式是矢量表達式，列式前應先規(guī)定正方向；③同一性（即所用速度都是相對同一參考系、同一時刻而言的）④條件：系統(tǒng)不受外力，或受合外力為0。要正確區(qū)分內(nèi)力和外力；當F內(nèi)F外時，如圖所示，子彈打進與固定于墻壁的彈簧相連的木塊，此系統(tǒng)從子彈開始入射木塊到彈簧壓縮到最短的過程中，子彈與木塊作為一個系統(tǒng)動量是否守恒？說明理由。如圖所示，子彈打進與固定于墻壁的彈簧相連的木總動量可能變化，可能守恒?！纪ㄟ^此題，讓學生明白：在學習物理的過程中，重要的一項基本功是正確恰當?shù)剡x取研究對象、研究過程，根據(jù)實際情況選用對應的物理規(guī)律，不能生搬硬套?！杰嚨馁|(zhì)量為90kg，求小孩跳上車后他們共同的速度。解：取小孩和平板車作為系統(tǒng)，由于整個系統(tǒng)所受合外為為零，所以系統(tǒng)動量守恒。規(guī)定小孩初速度方向為正，則：設小孩跳上車后他們共同的速度速度為v′，由動量守恒定律得解得=2m/s，數(shù)值大于零，表明速度方向與所取正方向一致。教師活動：讓學生概括總結本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學到黑板上總結，其他同學在筆記本上總結，然后請同學評價黑板上的小結內(nèi)容。學生活動：認真總結概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。點評：總結課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學生概括總結能力。教師要放開，讓學生自己總結所學內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構建他們自己的知課后補充練習1．一爆竹在空中的水平速度為υ,若由于爆炸分裂成兩塊，質(zhì)量分別為m1和m2，其中質(zhì)量為m1的碎塊以υ1速度向相反的方向運動★新課標要求掌握運用動量守恒定律的一般步驟知道運用動量守恒定律解決問題應注意的問題，并知道運用動量守恒定律解決有關問（三）情感、態(tài)度與價值觀學會用動量守恒定律分析解決碰撞、爆炸等物體相互作用的問題，培養(yǎng)思維能力。運用動量守恒定律的一般步驟教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。投影片，多媒體輔助教學設備答：①F=0（嚴格條件）合②F遠大于F（近似條件）③某方向上合力為0，在這個方向上成立。1．動量守恒定律與牛頓運動定律學生：用牛頓定律自己推導出動量守恒定律的表達式。（教師巡回指導，及時點撥、提示）根據(jù)牛頓第二定律，碰撞過程中1、2兩球的加速度分別是aFm1a2Fm2根據(jù)牛頓第三定律，F(xiàn)1、F2等大反響，即所以碰撞時兩球間的作用時間極短，用Δt表示，則有這就是動量守恒定律的表達式。教師點評：動量守恒定律的重要意義發(fā)現(xiàn)動量守恒定律有任何例外。相反，每當在實驗中觀察到似乎是違反動量守恒定律的現(xiàn)象時，物理學家們就會提出新的假設來補救，最后總是以有新的發(fā)現(xiàn)而勝利告終。例如靜止的原子核發(fā)生β衰變放出電子時，按動量守恒，反沖核應該沿電子的反方向運動。但云室照片顯示，兩者徑跡不在一條直線上。為解釋這一反?，F(xiàn)象，1930年泡利提出了中微子假說。由于中微子既不帶電又幾乎無質(zhì)量，在實驗中極難測量，直到1956年人們才首次證明了中微子的存在。（2000年高考綜合題23②就是根據(jù)這一歷史事實設計的）。又如人們發(fā)現(xiàn)，兩個運動著的帶電粒子在電磁相互作用下動量似乎也是不守恒的。這時物理學家把動量的概念推廣到了電磁場，把電磁場的動量也考慮進去，總動量就又守恒了。2．應用動量守恒定律解決問題的基本思路和一般方法（1）分析題意，明確研究對象。在分析相互作用的物體總動量是否守恒時，通常把這些被研究的物體總稱為系統(tǒng).對于比較復雜的物理過程，要采用程序法對全過程進行分段分析，要明確在哪些階段中，哪些物體發(fā)生相互作用，從而確定所研究的系統(tǒng)是由哪些物體組（2）要對各階段所選系統(tǒng)內(nèi)的物體進行受力分析，弄清哪些是系統(tǒng)內(nèi)部物體之間相互作用的內(nèi)力，哪些是系統(tǒng)外物體對系統(tǒng)內(nèi)物體作用的外力。在受力分析的基礎上根據(jù)動量守恒定律條件，判斷能否應用動量守恒。（3）明確所研究的相互作用過程，確定過程的始、末狀態(tài)，即系統(tǒng)內(nèi)各個物體的初動量和末動量的量值或表達式。（4）確定好正方向建立動量守恒方程求解。3．動量守恒定律的應用舉例【學生討論，自己完成。老師重點引導學生分析題意，分析物理情景，規(guī)范答題過程，詳細過程見教材，解答略】AB如圖所示，在光滑水平面上有A、B兩輛小車，水平面的左側有一豎直墻，在小車B上坐著一個小孩，小孩與B車的總質(zhì)量是A車質(zhì)量的10倍。兩車開始都處于靜止狀態(tài)，小孩把A車以相對于地面的速度v推出，A車與墻壁碰后仍以原速率返回，小孩接到A車后，又把它以相對于地面的速度v推出。每次推出，A車相對于地面的速度都是v，方向向左。則小孩把A車推出幾次后，AAB分析：此題過程比較復雜，情景難以接受，所以在講解之前，教師應多帶領學生分析物理過程，創(chuàng)設情景，降低理解難度。解：取水平向右為正方向，小孩第一次推出A車時B第n次推出A車時：B所以B當v≥v時，再也接不到小車，由以上各式得n≥5.5取n＝6n點評：關于n的取值也是應引導學生仔細分析的問題，告誡學生不能盲目“四舍五入”，一定要注意結論的物理意義。教師活動：讓學生概括總結本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學到黑板上總結，其他同學在筆記本上總結，然后請同學評價黑板上的小結內(nèi)容。學生活動：認真總結概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。點評：總結課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學生概括總結能力。教師要放開，讓學生自己總結所學內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構建他們自己的知課后補充練習向南行駛的長途客車迎面撞上了一輛質(zhì)量為3000kg向北行駛的卡車，碰后兩車接在一起，并向南滑行了一段距離后停止.根據(jù)測速儀的測定，長途客車碰前以20m/s的速度行駛，由此可判斷卡車碰前的行駛速率為B間有一根被壓縮了的彈簧，A、B與平板車上表面間動摩擦因數(shù)相同，地面光滑.當彈簧突然釋放后，則有A．A、B系統(tǒng)動量守恒D．小車向右運動3．把一支槍水平固定在小車上，小車放在光滑的水平面上，槍發(fā)射出一顆子彈時，關于槍、彈、車，下列說法正確的是A．槍和彈組成的系統(tǒng)，動量守恒B．槍和車組成的系統(tǒng)，動量守恒C．三者組成的系統(tǒng)，因為槍彈和槍筒之間的摩擦力很小，使系統(tǒng)的動量變化很小，可以忽略不計，故系統(tǒng)動量近似守恒D．三者組成的系統(tǒng)，動量守恒，因為系統(tǒng)只受重力和地面支持力這兩個外力作用，這兩個外力的合力為零.52001年高考試題）質(zhì)量為M的小船以速度v0行駛，船上有兩個質(zhì)量皆為m的小孩a和b，分別靜止站在船頭和船尾.現(xiàn)在小孩a沿水平方向以速率v（相對于靜止水面）向前躍入水中，然后小孩b沿水平方向以同一速率v（相對于靜止水面）向后躍入水中.求小孩b躍出后小船的速度.6．如圖所示，甲車的質(zhì)量是2kg，靜止在光滑水平面上，上表面光滑，右端放一個質(zhì)運動，與甲車碰撞以后甲車獲得8m/s的速度，物體滑到則物體在乙車上表面滑行多長時間相對乙車靜止?（g取5．因均是以對地（即題中相對于靜止水面）的水平速度，所以先后躍入水中與同時躍入水中結果相同.設小孩b躍出后小船向前行駛的速度為v，取v0為正向，根據(jù)動量守恒定律，有解得：小物體m在乙上滑動至有共同速度v，對小物體與乙車運用動量守恒定律得對小物體應用牛頓第二定律得a=μg★新課標要求1．認識彈性碰撞與非彈性碰撞，認識對心碰撞與非對心碰撞通過體會碰撞中動量守恒、機械能守恒與否，體會動量守恒定律、機械能守恒定律的應（三）情感、態(tài)度與價值觀感受不同碰撞的區(qū)別，培養(yǎng)學生勇于探索的精神。用動量守恒定律、機械能守恒定律討論碰撞問題教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。投影片，多媒體輔助教學設備碰撞過程是物體之間相互作用時間非常短暫的一種特殊過程，因而碰撞具有如下特點：1．碰撞過程中動量守恒.提問：守恒的原因是什么？（因相互作用時間短暫，因此一般滿足F>>F的條件）2．碰撞過程中，物體沒有宏觀的位移，但每個物體的速度可在短暫的時間內(nèi)發(fā)生改變.3．碰撞過程中，系統(tǒng)的總動能只能不變或減少，不可能增加.？（熟練掌握碰撞的特點，并解決實際的物理問題，是學習動量守恒定律的基本要求.的木楔上沒有彈起，二者一起向下運動．設地層給它們的平均阻力為F，組織學生認真讀題，并給三分鐘時間思考.（1）提問學生解題方法，可能出現(xiàn)的錯誤是：認為過程中只有地層阻力F做負功使機械能損失，因而解之為將此結論寫在黑板上，然后再組織學生分析物理過程.（2）引導學生回答并歸納：第一階段，M做自由落體運動機械能守恒．m不動，直到M開始接觸m為止．再下面一個階段，M與m以共同速度開始向地層內(nèi)運動．阻力F做負功，系統(tǒng)機械能損失.MMM與m就具有共同速度，即m的速度不為零了，這種變化是如何實引導學生分析出來，在上述前后兩個階段中間，還有一個短暫的階段，在這個階段中，M和m發(fā)生了完全非彈性碰撞，這個階段中，機械能（動能）是有損失的.（3）讓學生獨立地寫出完整的方程組.第二階段，對重錘及木楔有Mv+0=（M+m）v’.第三階段，對重錘及木楔有（4）小結：在這類問題中，沒有出現(xiàn)碰撞兩個字，碰撞過程是隱含在整個物理過程之中的，在做題中，要認真分析物理過程，發(fā)掘隱含的碰撞問題.如圖所示，在光滑水平地面上，質(zhì)量為M的滑塊上用輕桿及輕繩懸吊質(zhì)量為m的小球，裝置的右側．當兩滑塊相撞后，便粘在一起向右運動，則小球此時組織學生認真讀題，并給三分鐘思考時間.（1）提問學生解答方案，可能出現(xiàn)的錯誤有：在碰撞過程中水平動量守恒，設碰后共解得，小球速度（2）教師明確表示此種解法是錯誤的，提醒學生注意碰撞的特點：即宏觀沒有位移，速度發(fā)生變化，然后要求學生們尋找錯誤的原因.（3）總結歸納學生的解答，明確以下的研究方法：①碰撞之前滑塊與小球做勻速直線運動，懸線處于豎直方向.②兩個滑塊碰撞時間極其短暫，碰撞前、后瞬間相比，滑塊及小球的宏觀位置都沒有發(fā)生改變，因此懸線仍保持豎直方向.③碰撞前后懸線都保持豎直方向，因此碰撞過程中，懸線不可能給小球以水平方向的作用力，因此小球的水平速度不變.④結論是：小球未參與滑塊之間的完全非彈性碰撞，小球的速度保持為v0.（4）小結：由于碰撞中宏觀無位移，所以在有些問題中，不是所有物體都參與了碰撞過程，在遇到具體問題時一定要注意分析與區(qū)別.在光滑水平面上，有A、B兩個小球向右沿同一直線運動，取向右為正，兩球的動量分別是pA=5kgm/s，pB=7kgm/s，如圖所示．若能發(fā)生正碰，則碰后兩球的動量增量△pA、△組織學生認真審題.在學生回答的基礎上總結歸納為：①系統(tǒng)動量守恒；②系統(tǒng)的總動能不能增加；③系統(tǒng)總能量的減少量不能大于發(fā)生完全非彈性碰撞時的能量減少量；④碰撞中每個物體動量的增量方向一定與受力方向相同；⑤如碰撞后向同方向運動，則后面物體的速度不能大于前面物體的速度.（2）提問：題目僅給出兩球的動量，如何比較碰撞過程中的能量變化？幫助學生回憶的關系。（3）提問：題目沒有直接給出兩球的質(zhì)量關系，如何找到質(zhì)量關系？要求學生認真讀題，挖掘隱含的質(zhì)量關系，即A追上B并相碰撞，（4）最后得到正確答案為A.如圖所示，質(zhì)量為m的小球被長為L的輕繩拴住，輕繩的一端固定在O點，將小球拉到繩子拉直并與水平面成θ角的位置上，將小球由靜止釋放，則小球經(jīng)過最低點時的即時速組織學生認真讀題，并給三分鐘思考時間.（1）提問學生解答方法，可能出現(xiàn)的錯誤有：認為輕繩的拉力不做功，因此過程中機械能守恒，以最低點為重力勢能的零點，有得v得v=（2）引導學生分析物理過程.第一階段，小球做自由落體運動，直到輕繩位于水平面以下，與水平面成θ角的位置處為止．在這一階段，小球只受重力作用，機械能守恒成立.下一階段，輕繩繃直，拉住小球做豎直面上的圓周運動，直到小球來到最低點，在此過程中，輕繩拉力不做功，機械能守恒成立.提問：在第一階段終止的時刻，小球的瞬時速度是什么方向？在下一階段初始的時刻，在學生找到這兩個速度方向的不同后，要求學生解釋其原因，總結歸納學生的解釋，明在第一階段終止時刻，小球的速度豎直向下，既有沿下一步圓周運動軌道切線方向（即與輕繩相垂直的方向）的分量，又有沿軌道半徑方向（即沿輕繩方向）的分量．在輕繩繃直的一瞬間，輕繩給小球一個很大的沖量，使小球沿繩方向的動量減小到零，此過程很類似于的質(zhì)量無限大（相對小球），因此碰后共同速度趨向于零．在這個過程中，小球沿繩方向分速度所對應的一份動能全部損失了．因此，整個運動過程按機械能守恒來處理就是錯誤的.（3）要求學生重新寫出正確的方程組.（4）小結：很多實際問題都可以類比為碰撞，建立合理的碰撞模型可以很簡潔直觀地解決問題．下面繼續(xù)看例題.如圖所示，質(zhì)量分別為mA和mB的滑塊之間用輕質(zhì)彈簧相連，水平地面光滑．mA、mB原來靜止，在瞬間給mB一很大的沖量，使mB獲得初速度v0，則在以后的運動中，彈簧的在學生認真讀題后，教師引導學生討論.（1）mA、mB與彈簧所構成的系統(tǒng)在下一步運動過程中能否類比為一個mA、mB發(fā)生碰撞的模型？（因系統(tǒng)水平方向動量守恒，所以可類比為碰撞模型）（2）當彈性勢能最大時，系統(tǒng)相當于發(fā)生了什么樣的碰撞？（勢能最大，動能損失就最大，因此可建立完全非彈性碰撞模型）經(jīng)過討論，得到正確結論以后，要求學生據(jù)此而正確解答問題，得到結果為Ep22教師活動：讓學生概括總結本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學到黑板上總結，其他同學在筆記本上總結，然后請同學評價黑板上的小結內(nèi)容。學生活動：認真總結概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。點評：總結課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學生概括總結能力。教師要放開，讓學生自己總結所學內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構建他們自己的知“問題與練習”1～5題★教學體會思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學生能力的關鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。★教學資料新課標人教版選修3-5第15頁討論了一維彈性碰撞中的一種特殊情況（運動的物體撞擊靜止的物體本文旨在在此基礎之上討論一般性情況，從而總結出普遍適用的一般性結在一光滑水平面上有兩個質(zhì)量分別為m、m的剛性小球A和B，以初速度v、v運動，若它們能發(fā)生碰撞（為一維彈性碰撞），碰撞后它們的速度分別為v'和v'。我們的任務是得出用m、m、v、v表達v'和v'的公式。v、v、v'、v'是以地面為參考系的，將A和B看作系統(tǒng)。'由①得m由②得m')1111'v'故③式為v'=一v或v'=一v，其物理意義是：碰撞后B相對于A的速度與碰撞前B相對于A的速度大小相等，方向相反；碰撞后A相對于B的速度與碰撞前A相對于B的速度大小相等，方向相反；[結論1]對于一維彈性碰撞，若以其中某物體為參考系，則另一物體碰撞前后速度大小聯(lián)立①②兩式，解得④④下面我們對幾種情況下這兩個式子的結果做些分析。[結論2]對于一維彈性碰撞，若兩個物體質(zhì)量相等，則碰撞后兩個物體互換速度（即=2v-v表示質(zhì)量很大的物體A（相對于B而言）碰撞前后速度保持不變。⑥m2v-v表示質(zhì)量很大的物體B（相對于A而言）碰撞前后速度保持不變。⑦綜合⑥⑦,可知：[結論3]對于一維彈性碰撞，若其中某物體的質(zhì)量遠大于另一物體的質(zhì)量，則質(zhì)量大至于質(zhì)量小的物體碰后速度如何，可結合[結論1]和[結論3]得出。=-v，即以上結論就是關于一維彈性碰撞的三個普適性結論。[練習]如圖所示，乒乓球質(zhì)量為m，彈性鋼球質(zhì)量為M（M>>m），它們一起自高度h高處自由下落，不計空氣阻力，設地面上鋪有彈性鋼板，球與鋼板之間的碰撞及乒乓球與鋼球之間的碰撞均為彈性碰撞，試計算鋼球著地后乒乓球能夠上升的最大高度。乒乓球和彈性鋼球自狀態(tài)1自由下落，至彈性鋼球剛著地（狀態(tài)2）時，兩者速度相等彈性鋼球跟彈性鋼板碰撞后瞬間（狀態(tài)3），彈性鋼球速率仍為v，方向變?yōu)樨Q直向上緊接著，彈性鋼球與乒乓球碰，碰后瞬間（狀態(tài)4）乒乓球速率變?yōu)関′由[結論3]可知，彈性鋼球與乒乓球碰后彈性鋼球速度保持不變（速率仍為v，方向為前瞬間（狀態(tài)3）乒乓球相對于彈性鋼球與乒乓球碰后瞬間（狀態(tài)4）乒乓球相對于彈性鋼球的速度為2v，方向為豎直向新課標要求（1）探究物體彈性碰撞的一些特點。知道彈性碰撞和非彈性碰撞。（2）通過實驗，理解動量和動量守恒定律。能用動量守恒定律定量分析一維碰撞問題。知道動量守恒定律的普遍意義。例2收集資料，了解中子是怎樣發(fā)現(xiàn)的。討論動量守恒定律在其中的作用。（3）通過物理學中的守恒定律，體會自然界的和諧與統(tǒng)一。新課程學習★新課標要求2．知道反沖運動和火箭的工作原理，了解反沖運動的應用3．了解航天技術的發(fā)展和應用理解反沖運動的物理實質(zhì)，能夠運用動量守恒定律分析、解決有關反沖運動的問題。（三）情感、態(tài)度與價值觀培養(yǎng)學生動手動腦的能力，發(fā)掘學生探索新知識的潛能。運用動量守恒定律認識反沖運動的物理實質(zhì)教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。鋁箔紙，火柴和支架，反擊式水輪機轉輪的原理模型，禮花，有關航天發(fā)射、空間站等的錄像帶剪輯，投影片，多媒體輔助教學設備〖演示實驗1〗老師當眾吹一個氣球，然后，讓氣球開口向自己放手，看到氣球直向學生飛去，人為制造一點“驚險氣氛”，活躍課堂氛圍?！佳菔緦嶒?〗用薄鋁箔卷成一個細管，一端封閉，另一端留一個很細的口，內(nèi)裝由火生成的燃氣從細口迅速噴出，細管便向相反的方向飛去。〖演示實驗3〗把彎管裝在可以旋轉的盛水容器的下部，當水從彎管流出時，容器就旋提問：實驗1、2中，氣球、細管為什么會向后退呢？實驗3中，細管為什么會旋轉起看起來很小的幾個實驗，其中包含了很多現(xiàn)代科技的基本原理：如火箭的發(fā)射，人造衛(wèi)星的上天，大炮發(fā)射等。應該如何去解釋這些現(xiàn)象呢？這節(jié)課我們就學習有關此類的問題。教師：引導學生自學書本，展開討論，得出結論：當氣體從管內(nèi)噴出時，它具有動量，由動量守恒定律可知，細管會向相反方向運動。這是利用反沖來造福人類，象這樣的情況還很多。學生：交流，舉例，并說明其工作原理。如：噴氣式飛機、我國人民引以為榮的運載火教師：為了使學生對反沖運動有更深刻的印象，此時再做一個發(fā)射禮花炮的實驗。教師：在學生回答的基礎上進行小結——火箭就是根據(jù)這個原理制成的。教師：指導學生看書，對照書上“三級火箭”圖，介紹火箭的基本構造和工作原理?！吧裰厶枴憋w船等電視錄像，使學生不僅了解航天技術的發(fā)展和宇宙航行的知識，而且要學生知道，我國的航天技術已經(jīng)跨入了世界先進行列，激發(fā)學生的愛國熱情。教師：在此基礎上，指導學生閱讀課后閱讀材料——《航天技術的發(fā)展和宇宙航行》。教師活動：讓學生概括總結本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學到黑板上總結，其他同學在筆記本上總結，然后請同學評價黑板上的小結內(nèi)容。學生活動：認真總結概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。點評：總結課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學生概括總結能力。教師要放開，讓學生自己總結所學內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構建他們自己的知★教學體會思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學生能力的關鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。★新課標要求1．理解動量定理的確切含義和表達式，知道動量定理適用于變力。2．會用動量定理解釋有關物理現(xiàn)象，并能掌握一維情況下的計算問題。運用牛頓運動定律和運動學公式推導出動量定理表達式。（三）情感、態(tài)度與價值觀通過運用所學知識推導新的規(guī)律，培養(yǎng)學生學習的興趣。激發(fā)學生探索新知識的欲望?！锝虒W重點理解動量定理的確切含義和表達式★教學難點會用動量定理解釋有關物理現(xiàn)象，并能掌握一維情況下的計算問題★教學方法教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。生雞蛋、鋪有較厚的海綿墊的白鐵桶、細線、金屬小球、橡皮筋、鐵架臺等，投影片，多媒體輔助教學設備【演示】事先在一個白鐵桶的底部墊上一層海綿（不讓學生知道），讓一個雞蛋從一米多高的地方下落到白鐵桶里，事先讓學生推測一下雞蛋的“命運”，然后做這個實驗。結果發(fā)現(xiàn)并沒有象學生想象的那樣嚴重：發(fā)現(xiàn)雞蛋不會被打破！演示實驗2：緩沖裝置的模擬如果在細線上端拴一段皮筋，再從同樣的高度釋放，就不會斷了?！咀寣W生在驚嘆中開始新課內(nèi)容】在日常生活中，有不少這樣的事例：跳遠時要跳在沙坑里；跳高時在下落處要放海綿墊子；從高處往下跳，落地后雙腿往往要彎曲；輪船邊緣及輪渡的碼頭上都裝有橡皮輪胎等，這樣做的目的是為了什么呢？而在某些情況下，我們又不希望這些現(xiàn)象中的原因是什么呢？通過我們今天的學習來探究其中的奧秘。（二）進行新課1．用動量概念表示牛頓第二定律師：給出問題（投影）假設一個物體在恒定的合外力作用下，做勻變速直線運動，在t時刻初速度為v，在t′時刻的末速度為v′，試推導合外力的表達式。學生：用牛頓第二定律F=ma以及勻變速直線運動的公式自（教師巡回指導，及時點撥、提示）F推導過程：如圖所示，由牛頓第二定律得，物體的加速度所以1）結論：上式表示，物體所受合外力等于物體動量的變化率。這就是牛頓第二定律的另一（師生討論上式的物理意義）總結：表達式左邊是物體從t時刻到t′時刻動量的變化量，右邊是物體所受合外力與這段時間的乘積。（2）式表明，物體動量的變化量，不僅與力的大小和方向有關，還與時間的長短有關，力越大、作用時間越長，物體動量的變化量教師（講解）：物理學中把力F與作用時間的乘積，稱為力的沖量，記為I，即將（2）式寫成p’p=I（3）討論：如果物體所受的力不是恒力，對動量定理的表達式應該怎樣理解呢？教師：引導學生閱讀選修3－5教材24頁第一段，理解動量定理的過程性。F總結：盡管動量定理是根據(jù)牛頓第二定律和運動學的有關公式在恒定合外力的情況下推導出來的?？梢宰C明：動量定理不但適用于恒力，也適用于隨時間變化的變力。對于變力情況，動量定理中的F應理解為變力在作用時間內(nèi)的平均值。F拍擊乒乓球等，釘子和乒乓球所受的作用力都不是恒力，這時變力F0的作用效果可以等效為某一個恒力的作用，則該恒力就叫變力的平t0t均值，如圖所示，是變力與平均力的F-t圖象，其圖線與橫軸所圍的面積即為沖量的大小，當兩圖線面積相等時，即變力與平均力在t0時間內(nèi)等效。利用動量定理不僅可以解決勻變速直線運動的問題，還可以解決曲線運動中的有關問題，將較難計算的問題轉化為較易計算的問題。例如：勻加速運動合外力沖量的方向與初動量方向相同，勻減速運動合外力沖量方向與初動量方向相反，甚至可以跟初動量方向成任何角度。在中學階段，我們僅限于初、末動量的方向、合外力的方向在同一直線上的情況（即一維情況此時公式中各矢量的方向可以用正、負號表示，首先要選定一個正方向，與正方向相同的矢量取正值，與正方向相反的矢中，小球所受墻壁的作用力F的方向向左。若取向左為正方向，則小球所受墻壁的作用力為正值，初動量取負值，末動量取正值，因而根據(jù)動量定理可表小結：公式Ft=p′一P=△p是矢量式，合外力的沖量的方向與物體動量變化的方向相同。合外力沖量的方向可以跟初動量方向相同，也可以相反。演示實驗3：小鋼球碰到堅硬大理石后返回下面，我們應用動量定理來解釋雞蛋下落是否會被打破等有關問題。雞蛋從某一高度下落，分別與石頭和海綿墊接觸前的速度是相同的，也即初動量相同，碰撞后速度均變?yōu)榱?，即末動量均為零，因而在相互作用過程中雞蛋的動量變化量相同。而兩種情況下的相互作用時間不同，與石頭碰時作用時間短，與海綿墊相碰時作用時間較長，由Ft=△p知，雞蛋與石頭相碰時作用大，會被打破，與海綿墊相碰時作用力較小，因而不接著再解釋用鐵錘釘釘子、跳遠時要落入沙坑中等現(xiàn)象。在實際應用中，有的需要作用時間短，得到很大的作用力而被人們所利用，有的需要延長作用時間（即緩沖）減少力的作用。請同學們再舉些有關實際應用的例子。加強對周圍事物的觀察能力，勤于思考，一定會接著再解釋緩沖裝置。在實際應用中，有的需要作用時間短，得到很大的作用力，而被人們所利用；有的要延長作用時間而減少力的作用，請同學們再舉出一些有關實際應用的例子，加強對周圍事物的觀察，勤于思考，一定會有收獲。例題（投影教材24頁例題，師生討論）教師活動：讓學生概括總結本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學到黑板上總結，其他同學在筆記本上總結，然后請同學評價黑板上的小結內(nèi)容。學生活動：認真總結概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。點評：總結課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學生概括總結能力。教師要放開，讓學生自己總結所學內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構建他們自己的知★教學體會思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學生能力的關鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。★新課標要求1．了解什么是熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射2．了解黑體輻射的實驗規(guī)律，了解黑體熱輻射的強度與波長的關系了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點。體會量子論的建立深化了人們對于物質(zhì)世界的認識。（三）情感、態(tài)度與價值觀領略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。能量子的概念黑體輻射的實驗規(guī)律教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。投影片，多媒體輔助教學設備教師：介紹能量量子化發(fā)現(xiàn)的背景：（多媒體投影，見課件。）19世紀末頁，牛頓定律在各個領域里都取得了很大的成功：在機械運動方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內(nèi)能。在電磁學方面，建立了一個能推斷一切電磁現(xiàn)象的Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲----等都遵循的規(guī)律---能量轉化與守恒定律。當時許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認為物理學已經(jīng)發(fā)1900年，在英國皇家學會的新年慶祝會上，著名物理學家開爾文作了展望新世紀的發(fā)言：“科學的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了?！币簿褪钦f：物理學已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實驗再做一做，在實驗數(shù)據(jù)的小數(shù)點后面在加幾位罷了！但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學家，就在上面提到的文章中他還講到：“但是，在物理學晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的烏云，----”一朵與黑體輻射有關，另一朵與邁克爾遜實驗有關。），年）從第二朵烏云中降生了相對論。經(jīng)典物理學的大廈被徹底動搖，物理學發(fā)展到了一個更為遼闊的領域。正可謂“山重水復疑無路，柳暗花明又一村”。點出課題：我們這節(jié)課就來體驗物理學新紀元的到來――能量量子化的發(fā)現(xiàn)教師：在了解什么是黑體與黑體輻射之前，請同學們先閱讀教材，了解一下什么是熱輻學生：閱讀教材關于熱輻射的描述。教師：通過課件展示，加深學生對熱輻射的理解。并通過課件展示，使學生進一步了解熱輻射的特點，為黑體概念的提出準備知識。固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關。例如：鐵塊溫度↑從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色從能量轉化的角度來認識，是熱能轉化為電磁能的過程。教師：除了熱輻射之外，物體表面還會吸收和反射外和反射電磁波的能力是不一樣的。稱為絕對黑體，簡稱黑體。教師：課件展示黑體模型。不透明的材料制成帶小孔的的空腔，可近似看作黑體。如黑體模型研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質(zhì)的基礎。教師：引導學生閱讀教材“黑體輻射的實驗規(guī)律”，接合課件展示，講解黑體輻射的實驗規(guī)律。如圖所示。黑體熱輻射的強度與波長的關系：隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加，另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。教師：提出問題，設置疑問。怎樣解釋黑體輻射的實驗規(guī)律呢？在新的理論誕生之前，人們很自然地要依據(jù)熱力學和電磁學規(guī)律來解釋。德國物理學家維恩和英國物理學家瑞利分別提出了輻射強度按波長分布的理論公式。結果導致理論與實驗規(guī)律不符，甚至得出了非常荒謬的結論，當時被稱為“紫外災難”。課件展示：瑞利--金斯線。見課件。0實驗結果λ教師：利用已有的理論解釋黑體輻射的規(guī)律，導致了荒謬的結果。必然會促使人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)新的理論。這就是能量子概念。1900年，德國物理學家普朗克提出能量量子化假說：輻射黑體分子、原子的振動可看作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，諧振子的能量并不象經(jīng)典物理學所允許的可具有任意值。相應的能量是某一對于頻率為ν的諧振子最小能量為這個最小能量值，就叫做能量子課件展示：普朗克的能量子假說和黑體輻射公式（1）黑體輻射公式1900.10.19普朗克在德國物理學會會普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經(jīng)過十多年的努力證明任何復歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他他的墓碑上只刻著他的姓名和他的墓碑上只刻著他的姓名和.秒黑體輻射的研究卓有成效地展現(xiàn)在人們的眼前，紫外災難的疑點找到了，為人類解決了一大難題。使熱愛科學的人們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤之爭就此平息了嗎？物理難題：1888年，霍瓦(Hallwachs)發(fā)現(xiàn)一個帶負電的金屬板被近10年以后，1897年，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，此時，人們認識到那就是從金屬表面射出的電子，后來，這些電子被稱作光電子(photoelectron)，相應的效應叫做光電效應。人們本著對光的完美理論（光的波動性、電磁理論）進行解釋會出現(xiàn)什么結果？明天，我們就繼續(xù)學習“科學的轉折：光的粒子性”教師活動：讓學生概括總結本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學到黑板上總結，其他同學在筆記本上總結，然后請同學評價黑板上的小結內(nèi)容。學生活動：認真總結概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。點評：總結課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學生概括總結能力。教師要放開，讓學生自己總結所學內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構建他們自己的知★教學體會思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學生能力的關鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月?！镄抡n標要求2．知道愛因斯坦光電效應方程以及意義。3．了解康普頓效應，了解光子的動量經(jīng)歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應用科學探究的方法研究物理問題，驗（三）情感、態(tài)度與價值觀領略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。★教學重點光電效應的實驗規(guī)律★教學難點愛因斯坦光電效應方程以及意義★教學方法教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流?！锝虒W用具：投影片，多媒體輔助教學設備？（學生回顧、思考，并回答。光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光是電磁波，光的偏振現(xiàn)象進一步說明光還是橫波。19世紀60年代，麥克斯韋又從理論上確定了光的電磁波本質(zhì)。然而，出人意料的是，正當人們以為光的波動理論似乎非常完美的時候，又發(fā)現(xiàn)了用波動說無法解釋的新現(xiàn)象——光電效應現(xiàn)象。對這一現(xiàn)象及其他相關問題的研究，使得人們對光的又一本質(zhì)性認識得到了發(fā)展。教師：實驗演示。（課件輔助講述）不帶電的驗電器相連使驗電器張角增大到約為30度時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗電器的指針張角會變大。學生：認真觀察實驗。學生：表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電。概念：在光(包括不可見光)的照射下，從物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應。發(fā)射出來（1）光電效應實驗如圖所示，光線經(jīng)石英窗照在陰極上，便有電子逸出----光電光電子在電場作用下形成光電流。概念：遏止電壓將換向開關反接，電場反向，則光電子離開陰極后將受反向當K、A間加反向電壓，光電子克服電場力作功，當電壓（2）光電效應實驗規(guī)律①光電流與光強的關系飽和光電流強度與入射光強度成正比。②截止頻率νc----極限頻率對于每種金屬材料，都相應的有一確定的截止頻率νc。當入射光頻率ν>νc時，電子才能逸出金屬表面；當入射光頻率ν<νc時，無論光強多大也無電子逸出金屬表面。③光電效應是瞬時的。從光開經(jīng)典理論無法解釋光電效應的實驗結果。經(jīng)典理論認為，按照經(jīng)典電磁理論，入射光的光強越大，光波的電場強度的振幅也越大，作用在金屬中電子上的力也就越大，光電子逸出的能量也應該越大。也就是說，光電子的能量應該隨著光強度的增加而增大，不應該與入射光的頻率有關，更不應該有什么截止頻率。光電效應實驗表明：飽和電流不僅與光強有關而且與頻率有關，光電子初動能也與頻率有關。只要頻率高于極限頻率，即使光強很弱也有光電流；頻率低于極限頻率時，無論光強再大也沒有光電流。光電效應具有瞬時性。而經(jīng)典認為光能量分布在波面上，吸收能量要時間，即需能量的積累過程。4．愛因斯坦的光量子假設（1）內(nèi)容光不僅在發(fā)射和吸收時以能量為hν的微粒形式出組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速c運動。耗在電子逸出功W0，另一部分變?yōu)楣怆娮右莩龊蟮膭幽躪W0為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功Wk為光電子的最大初動能。（3）愛①光強大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。②電子只要吸收一個光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時間的累積。③從方程可以看出光電子初動能和照射光的頻率成線性關系④從光電效應方程中，當初動能為零時，可得極限頻率：vc=愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應，但當時并未被物理學家們廣泛承認，因為它完全違背了光的波動理論。5．光電效應理論的驗證美國物理學家密立根，花了十年時間做了“光電效應”實驗，量子”理論的正確。展示演示文稿資料：愛因斯坦和密立根由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應的實驗規(guī)律，榮獲1921年諾貝爾物理學獎。密立根由于研究基本電荷和光電效應，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有點評：應用物理學家的歷史資料，不僅有真實感，增強了說服力，同時也能對學生進行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和科學精神，激發(fā)學生的探索精神。學生通過運算得出相應的正確結果。點評：理論聯(lián)系實際，適量的練習題可以進一步鞏固和掌握所學理論知識。（2）光電倍增管可對微弱光線進行放大，工程、天文、科研、軍事等方面。光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。（2）康普頓效應1923年康普頓在做X射線通過物質(zhì)散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關，而與入射線波長和散射物質(zhì)都無關。（3）康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：按經(jīng)典電磁理論：如果入射X光是某種波長的電磁波，散射光的波長是不會改變的！散射中出現(xiàn)λ≠λ0的現(xiàn)象，稱為康普頓散射。康普頓散射曲線的特點：①除原波長λ外出現(xiàn)了移向長波方0向的新的散射波長λ②新波長λ隨散射角的增大而增大。0波長的偏移只與散射角φ有關，而與散射物質(zhì)種類及入射的X時，康普頓效應才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。（4）經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應時遇到的困難①根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應等于入射光頻率。②無法解釋波長改變和散射角的關系。（5）普頓效應的解釋①若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。②若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎（6）康普頓散射實驗的意義①有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設；②首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設；③證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，動量和能量守恒定律仍然是成立的。展示演示文稿資料：康普頓康普頓的成功也不是一帆風順的，在他早期的幾篇論文中，一直認為散射光頻率的改變是由于“混進來了某種熒光輻射”；在計算中起先只考慮能量守恒，后來才認識到還要用動康普頓于1927年獲諾貝爾物理獎。展示演示文稿資料：吳有訓對研究康普頓效應的貢獻1923年，吳有訓參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應的研究工作.素為散射物質(zhì)，在同一散射角(φ=120o)測量各種波長的散射光強度，作了大量X射線散射實驗。對證實康普頓效應作出了重要貢獻。點評：應用物理學家的歷史資料，不僅有真實感，增強了說服力，同時也能對學生進行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和科學精神，激發(fā)學生的探索精神。（7）光子的能量和動量說明：動量能量是描述粒子的，頻率和波長則是用來描述波的教師活動：讓學生概括總結本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學到黑板上總結，其他同學在筆記本上總結，然后請同學評價黑板上的小結內(nèi)容。學生活動：認真總結概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結和自己的小結，看誰的更好，好在什么地方。點評：總結課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學生概括總結能力。教師要放開，讓學生自己總結所學內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構建他們自己的知★教學體會思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學生能力的關鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學就成了無源之水、無本之木。學生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月?！镄抡n標要求2．知道實物粒子和光子一樣具有波粒二象性。3．知道德布羅意波的波長和粒子動量關系。2．了解物理學研究的基礎是實驗事實以及實驗對于物理研究的重要性。3．知道某一物質(zhì)在不同環(huán)境下所表現(xiàn)的不同規(guī)律特性。（三）情感、態(tài)度與價值觀1．通過學生閱讀和教師介紹講解，使學生了解科學真知的得到并非一蹴而就，需要經(jīng)過一個較長的歷史發(fā)展過程，不斷得到糾正與修正。2．通過相關理論的實驗驗證，使學生逐步形成嚴謹求實的科學態(tài)度。3．通過了解電子衍射實驗，使學生了解創(chuàng)造條件來進行有關物理實驗的方法。實物粒子和光子一樣具有波粒二象性，德布羅意波長和粒子動量關系?！锝虒W難點實物粒子的波動性的理解?！锝虒W方法學生閱讀－討論交流－教師講解－歸納總結課件：PP演示文稿（科學家介紹，本節(jié)知識結構）。多媒體教學設備。提問：前面我們學習了有關光的一些特性和相應的事實表現(xiàn)，那么我們究竟怎樣來認識光的本質(zhì)和把握其特性呢？請同時舉出相應的事實基礎。學生閱讀課本、思考后回答：光是一種物質(zhì)，它既具有粒子性，又具有波動性。在不同條件下表現(xiàn)出不同特性。（分別舉出有關光的干涉衍射和光電效應等實驗事實）。點評：讓學生閱讀課本內(nèi)容結合前面所學知識進行歸納總結，形成正確觀點。教師：原來我們不能片面地認識事物，能舉出本學科或其他學科或生活中類似的事或物學生舉例說明：例如哲學中對事物的辨正觀點等。點評：培養(yǎng)學生對事物或規(guī)律的全面把握，并與與其他學科進行橫向滲透聯(lián)系。教師：講述光的波粒二象性。在學生的辨析說明下進行歸納整理。（1）我們所學的大量事實說明：光是一種波光的分立性和連續(xù)性是相對的，是不同條件下的表現(xiàn)，光子的行為服從統(tǒng)計規(guī)律。（2）光子在空間各點出現(xiàn)的概率遵從波動規(guī)律，物理學中把光波叫做概率波。點評：通過學生歸納總結形成結論，教師再進行講解，學生容易接受。充分注重知識的讓學生找到更多的關系公式：p=h/λ=hv/λv=ε/c提問：受此啟發(fā)，人們想到：同樣作為物質(zhì)的實物粒子(如電子、原子、分子等)是否也學生閱讀課本“粒子的波動性”。點評：讓學生帶著問題閱讀，提高閱讀的效率，培養(yǎng)學生從課文材料中提取有關信息的提問：誰大膽地將光的波粒二象性推廣到實物粒子？只是因為他大膽嗎？地把光的波粒二象性推廣到實物粒子。展示演示文稿資料：有關德布羅意。點評：使學生了解對知識理論的推廣和假設并不是一味的憑空猜想，而是有一定的理實物粒子也具有波動性，這種波稱之為物質(zhì)波，也叫德布羅意波。pmvpy學生回答：λ為德布羅意波長，h為普朗克常量，p為粒子動量。點評：對物理原理公式的理解關鍵在于對各物理量意義的理解。講述：當時這一觀點超出了人們的想象，不被人們所接受，歷史上類似的事例我們還知學生回答：伽利略的兩個鐵球同時落地等。點評：使學生了解正確的知識理論往往并不是一提出就能被大家所接受的。學生閱讀教材后回答：宏觀物體的波長比微觀粒子的波長小得多，這在生活中很難找到能發(fā)生衍射的障礙物，所以我們并不認為它有波動性．作為微觀粒子的電子，其德布羅意波波長為10－10m數(shù)量級，找與之相匹配的障礙物也非易事.速度是200m/s．分別計算它們的德布羅意波長.子波動性驗證的困難。說明：由計算結果知，通常生活中觀察不到實物波動特性征的原因。展示演示文稿資料：電子波動性的發(fā)現(xiàn)者———戴維森和小湯姆遜（電子波動性的發(fā)現(xiàn),使得德布羅意由于提出實物粒子具有波動性這一假設得以證實,并因此而獲得1929年諾貝爾物理學獎.而戴維森和小湯姆遜由于發(fā)現(xiàn)了電子的波動性也同獲1937年諾貝爾物理學獎）學生閱讀有關物理學歷史資料，了解物理學有關知識的形成建立和發(fā)展的真是過程。點評：應用物理學家的歷史資料，不僅有真實感，增強了說服力，同時也能對學生進行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和科學精神，激發(fā)學生的探索精神。得到了電子束的衍射圖案．從而證實了德布羅意的假設。學生了解更具體的相關歷史資料。講述：除了電子以外，后來還陸續(xù)證實了質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動性。點評：引用更多實驗事實來增強對理論的證明。提問：衍射現(xiàn)象對高分辨率的顯微鏡有影響否？如何學生閱讀課本材料：顯微鏡的分辨本領。點評：對所學知識進行拓展，加強對實際生產(chǎn)生活應用的聯(lián)系。教師活動：本節(jié)課我們學習了光的本質(zhì)，即光是一種物質(zhì)，它既具有粒子性，又具有波動性。在不同條件下表現(xiàn)出不同特性。注意對光的本質(zhì)的全面把握。學習了得到實驗事實驗證的實物粒子波動性，其對應的波稱之為物質(zhì)波，注意掌握物質(zhì)波的計算公式。點評：反思小節(jié)為學生提供本節(jié)內(nèi)容的主要知識框架，有利于學生對所學知識的及時鞏復習本節(jié)教材43頁“問題與練習”中各題，預做回答。點評：加深對課堂所學知識的理解和掌握，聯(lián)系實際對所學內(nèi)容進行應用?！锝虒W體會本節(jié)課作為近代物理部分內(nèi)容，比較抽象，學生沒有生活經(jīng)驗和感觀認識，也沒有演示讀思考后歸納得出結論，同樣能收到好的效果。（1）在有關事實和已知觀點基礎下，歸納光的本性，培養(yǎng)學生注意全面把握物理規(guī)律和全面把握物理規(guī)律的能力。（2）課本材料和補充的史料讓學生先行閱讀，通過思考、辨析后歸納得出正確結論，比教師一人講解更具有真實感和說服力。同時也培養(yǎng)了學生閱讀材料提取有關信息的能力。（3）對于難以理解的粒子的波動性，并且實際條件不允許進行實驗驗證，必須充分展示真實的歷史資料，加強說服力。同時通過對歷史上創(chuàng)造條件進行實驗驗證的方法學習，使學生初步體會如何創(chuàng)造條件進行科學實驗探索，體會其中的奇妙之處，增強進行科學探索的【教學目標】1．了解微粒說的基本觀點及對光學現(xiàn)象的解釋和所遇到的問題.2．了解波動說的基本觀點及對光學現(xiàn)象的解釋和所遇到的問題.3．了解事物的連續(xù)性與分立性是相對的，了解光既有波動性，又有粒子性.4．了解光是一種概率波.2．了解物理學中物理模型的特點初步掌握科學抽象這種研究方法3．通過數(shù)形結合的學習，認識數(shù)學工具在物理科學中的作用（三）情感、態(tài)度與價值觀理解人類對光的本性的認識和研究經(jīng)歷了一個十分漫長的過程，這一過程也是辯證發(fā)展的過程．根據(jù)事實建立學說，發(fā)展學說，或是決定學說的取舍，發(fā)現(xiàn)新的事實，再建立新的學說．人類就是這樣通過光的行為，經(jīng)過分析和研究，逐漸認識光的本性的.【重點難點】1、重點：人類對光的本性的認識的發(fā)展過程.2、難點：對量子化、波粒二象性、概率波等概念的理解【授課內(nèi)容】一、經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波在經(jīng)典物理學的觀念中，，人們形成了一種觀念，物質(zhì)要么具有粒子性，要么具有波動性，非此即彼。任意時刻的確定位置和速度以及空中的確定軌道，是經(jīng)典物理學粒子運也就是具有時空的周期性。顯而易見，在經(jīng)典物理學中，波和粒子是兩種不同的研究對象，具有非常不同的表現(xiàn)。那么，為什么光和微觀粒子既表現(xiàn)有波動性又表現(xiàn)有粒子性的雙重屬性呢？學生跟隨老師的講述對于原來所學的相關知識進行自主的回顧和歸納整理。點評：對于已經(jīng)學習過的知識可以穿插在平常的教學過程中時常進行溫習反思和類比遷移，多次反復一定可以幫助學生更好的掌握和利用知識。[問題]：在微觀世界中，如何把波的圖象與粒子的圖象統(tǒng)一起來呢？學生思考、討論后給出一些答復，就各種答案加以分析提煉總結。的培養(yǎng)他們的學習主動性和能動性。二、概率波在何處出現(xiàn)有一定的偶然性，但是大量粒子在空間何處出現(xiàn)的空間分布卻服從一定的統(tǒng)計規(guī)點評：應用物理學家的歷史資料，不僅有真實感，增強了說服力，同時也能對學生進行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和科學精神，激發(fā)學生的探索精神。2、概率波對光的雙縫衍射現(xiàn)象的解釋：光是一種粒子，它和物質(zhì)的作用是“一份一份”地進行的.用很弱的光做雙縫干涉實驗.從光子打在膠片上的位置，我們發(fā)現(xiàn)了規(guī)律性.實驗結果表明，如果曝光時間不太長，底片上只出現(xiàn)一些無規(guī)則分布的點子，那些點子是光子打在底片上形成的，如果曝光時間足夠長，我們無法把它們區(qū)分開，因此看起來是連續(xù)的.單個光子通過雙縫后的落點無法預測,但是研究很多光子打在膠片上的位置,我們發(fā)現(xiàn)了規(guī)律性:光子落在某些條形區(qū)域內(nèi)的可能性較大.這些條形區(qū)域正是某種波通過雙縫后發(fā)生干涉時振幅加強的區(qū)域.這個現(xiàn)象表明，光子在空間各點出現(xiàn)的可能性的大?。ǜ怕剩?，正是由于這個原因，1926年德國的物理學家波恩指出：雖然不能肯定某個光子落在哪一點，落在暗紋處的概率小。這就是說，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動的規(guī)律確定，所以，從光子的概念上看，光波是一種概率波。物理學中把光波叫做概率波.概率表征某一事物出現(xiàn)的可能性.經(jīng)過長期的探索，人們對光的認識越來越深入了.光既是一種波,又是一種粒子,光既表現(xiàn)出波動性又表現(xiàn)出粒子性.而在我們的經(jīng)驗中找不到既是波,又是粒子的東西.這是因為我們的經(jīng)驗局限于宏觀物體的運動,微觀世界的某些屬性與宏觀世界不同，我們從來沒有過類似的經(jīng)歷.隨著人類的認識范圍不斷擴展，不可能直接感知的事物出現(xiàn)在我們面前.在這種情況下我們就要設想一種模型，盡管以日常經(jīng)驗來衡量，這個模型的行為十分古怪，但是只要能與實驗結果一致，它就能夠在一定范圍內(nèi)正確代表所研究的對象.3、光的波動性與粒子性是不同條件下的表現(xiàn)：講述：大量光子行為顯示波動性；個別光子行為顯示粒子性；光的波長越長，波動性越強；光的波長越短，粒子性越強4、概率波對物質(zhì)波的雙縫衍射現(xiàn)象的解釋對于電子和其他微觀粒子，由于同樣具有波粒二象性，所以與它們相聯(lián)系的物質(zhì)波也是概率波。也就是說，單個粒子位置是不確定的。對于大量粒子，這種概率分布導致確定的宏總之，按光子的模型，用統(tǒng)計觀點看待單個粒子與粒子總體的子觀點結合起來了，但這里的波是特殊意義的波，因而被稱為“概率波”．這種對物質(zhì)波衍射與實物粒子的波粒二象性的理解，稱作統(tǒng)計解釋或概率解釋.點評：存疑——求解，人類社會的不斷發(fā)展和科學技術的日益進步都是在這樣的情景下三、課堂小結教師活動：光既具有波動性，又具有粒子性。既不可把光看成宏觀觀念中的波，也不可把光看成宏觀觀念中的粒子。學生在老師進行小結的同時可以同步把自己對于本節(jié)課的內(nèi)容小結進行參照對比，查漏四、作業(yè)：完成講義相應練習★教學體會1．了解不確定關系的概念和相關計算.2．了解物理模型與物理現(xiàn)象經(jīng)歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應用科學探究的方法研究物理問題，驗（三）情感、態(tài)度與價值觀能領略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅?！锝虒W重點不確定關系的概念★教學難點對不確定關系的定量應用★教學方法教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流?！锝虒W用具：投影片，多媒體輔助教學設備學生思考、回答：光具有波動性和粒子性，是一種概率波。設疑：既然光是粒子，那么它的運動還遵守牛頓運動定律嗎？還能用質(zhì)點的位置和動量點評：引發(fā)學生的好奇心，激發(fā)學習的興趣。教師：回答是否定的。光子的運動具有不確定性。這節(jié)課我們就來學習有關知識。在何處出現(xiàn)有一定的偶然性，但是大量粒子在空間何處出現(xiàn)的空間分布卻服從一定的統(tǒng)計規(guī)點評：應用物理學家的歷史資料，不僅有真實感，增強了說服力，同時也能對學生進行德布羅意波（物質(zhì)波）的區(qū)別講述：經(jīng)典的波動（如機械波、電磁波等）是可以測出的、實際存在于空間的一種波動。而德布羅意波（物質(zhì)波）是一種概率波。簡單的說，是為了描述微觀粒子的波動性而引入的一種方法。微觀粒子：位置、動量等具有不確定量（概率）。（1）電子衍射中的不確定度展示演示文稿資料：電子在中央主極大區(qū)域出現(xiàn)的幾率最大。講述：在經(jīng)典力學中，粒子（質(zhì)點）的運動狀態(tài)用位置坐標和動量來描述，而且這兩個量都可以同時準確地予以測定。然而，對于具有二象性的微觀粒子來說，是否也能用確定的坐標和確定的動量來描述呢？下面我們以電子通過單縫衍射為例來進行討論。設如果我們?nèi)杂米鴺藊和動量p來描述這一電子的運動狀地回答，因為此時該電子究竟在縫上哪一點通過是無法確定的，即我們不能準確地確定該電子通過狹縫時的坐λ標。研究表明：對于第一衍射極小，sinθ=式中λ為電子的德布羅意波長。電子的位置和動量分別用x和p來表示。電子通過狹縫的瞬間，其位置在x方向上的不確定量為Δx=a同一時刻，由于衍射效應，粒子的速度方向有了改變，縫越小，動量的分量px變化越式中h為普朗克常量。這就是著名的不確定性關系，簡稱不確定關系。上式表明：①許多相同粒子在相同條件下實驗，粒子在同一時刻并不處在同一位置。②用單個粒子重復，粒子也不在同一位置出現(xiàn)。若其動量的不確定范圍為動量的0.01%(這在宏觀范圍是十分精確的了)，則該子彈位置的不確定量范圍為多大?解：子彈的動量4kgm/s見子彈的動量和位置都能精確地確定，不確定關系對宏觀物體來說沒有實際意義。m我們知道原子大小的數(shù)量級為10-10m，電子則更小。在這種情況下，電子位置的不確定范圍比原子的大小還要大幾億倍，可見企圖精確地確定電子的位置和動量已是沒有實際意義。4．微觀粒子和宏觀物體的特性對比宏觀物體有連續(xù)可測的運動軌道，可