- Квантово - волновой дуализм или волновые и квантовые свойства света и вещества

Конспект урока «Квантово - волновой дуализм или волновые и квантовые свойства света и вещества» по физике для 11 класса

Урок – семинар

Орлова Н.Г. – учитель физики МБОУ «Тучковская СОШ №3»

Тема урока: « Квантово - волновой дуализм или волновые и квантовые свойства света и вещества».

«Нет ничего темнее света»

Задачи урока: *Образовательная - обобщить и систематизировать знания учащихся о природе световых явлений и о единстве волновых и корпускулярных свойств света и вещества, а также повторить вопросы практического применения оптических явлений; умение строить модели физических процессов.

**Развивающая - формирование навыков самостоятельности и активности у учащихся при работе с дополнительной литературой и работой в группах; умение делать выводы.

***Воспитательная - формирование фундамента мировоззрения – системы обобщенных с философских позиций знаний, а также формирования диалектико – материалистических убеждений учащихся (материальность света, взаимосвязь практического применения научных знаний с решением вопросов о материальности и познаваемости мира); расширение представлений учащихся о познавательных возможностях наблюдения, эксперимента.

Педагогическая технология: проблемное изучение, групповая и индивидуальная работа.

Рассмотрим в качестве примера, как можно организовать проблемное изучение квантовой теории света в 11 классе. Знакомство с ней происходит при прохождении темы «Световые кванты. Действия света». Здесь учащиеся знакомятся с одним из фундаментальных понятий современной физики – понятием о квантах света – фотоне, впервые сталкиваются и с «парадоксами» современной физики. С удивлением узнают о том, что одно и тоже физическое явление – свет, имеющее единую электромагнитную природу, может столь по – разному проявлять себя: с одной стороны, как типично волновой процесс в явлениях интерференции, дифракции, поляризации, а с другой - как поток «частиц» света – фотонов – в явлении фотоэффекта. Не сразу и не без труда свыкаются учащиеся с мыслью о дуализме свойств света.

Задача учителя при изучении данной темы состоит в том, чтобы учащиеся хорошо усвоили основные положения квантовой теории света.

Семинарское занятие в старших классах провожу в течении 45 минут, отведя на него один урок. При этом каждый ученик получает объективную оценку своим знаниям, умениям, умению их преподнести, а также своей деятельности в ходе занятия.

Задания, которые получают учащиеся заранее, для обсуждения вопросов (записываются на доске):

1.Электромагнитная природа света. Волновые свойства света. Квантовые свойства света. 2.Фотон и его характеристики. 3.Практическое использование световых явлений.

План проведения семинара.

1.Вводное слово учителя. Постановка задач семинара.

2.Обсуждение знаний о свете – обсуждение проводится со всем классом (15мин.)

3.Рассмотрение свойств фотона и их диалектико – материалистическое истолкование – проводится в форме организации работы групп учащихся с последующим обсуждением итогов работы групп (15мин.)

4.Повторение материала о практическом применении оптических явлений – проводится коллективно всем классом (10мин).

5.Подведение итогов семинара. Формулировка мировоззренческих значимых выводов – ведущая роль принадлежит учителю (5мин.)

1.Во вступительном слове учитель указывает на то, что на семинаре необходимо подвести предварительные итоги учения оптических явлений и постараться систематизировать уже имеющиеся знания о свете. Достаточно длительное изучение световых явлений в науке показало сложность и многогранность данной проблемы. Поэтому и в процессе изучения оптических явлений учащимся необходимо видеть эту сложность и многогранность и постараться обобщить на данном этапе имеющиеся у учащихся знания.

2.Для второго этапа используем четыре вида работы.

1)Проследим путь развития квантовой и волновой (электромагнитной) теории света и представить его кратко в виде структурно – логической схемы:

а)указать экспериментальные факты, которые привели к формулировке данной гипотезе света; кем и когда были установлены эти факты;

б)сформулировать данную гипотезу света, показать ее развитие;

в)какие следствия вытекают из положений этой гипотезы;

г)перечислить эксперименты, подтверждающие следствия данной гипотезы; когда и кем были проделаны эти эксперименты.

( исходные факты – модель-гипотеза явления – логические следствия – эксперимент )

(Домашнее задание учащихся. См. приложение 1; 2.)

2)Обсуждение вопроса «Что такое свет?»

Закончите предложение: «Свет – это… », выбрав один из ответов:

_ электромагнитная волна;

_ поток частиц – фотонов;

_ волна и поток частиц;

_ ни волна, ни поток частиц;

_ ни один из ответов не подходит. *

В ходе обсуждения учащиеся должны придти к последнему ответу.*

Нужно сделать в итоге вывод: «Свет – это сложный материальный объект, который одновременно обладает свойствами и волн и частиц, однако является не тем, ни другим. Свет – это материальный объект, конкретнее – второй известный учащимся вид материи – частный случай электромагнитного поля». (Учащиеся записывают это определение в тетрадь).

Затем, опираясь на ответы учащихся, можно будет «собрать вместе свойства света – волновые и корпускулярные, а именно (пространственную временную периодичность, характерную скорость распространения, дискретность энергии, импульса) и др.

3)Составление таблицы следующего содержания (выполнить на доске, а учащиеся в тетрадях).

Явления, в которых проявляются, обнаруживаются

Волновые свойства света

«Корпускулярные»* свойства света

квантовые

интерференция, дифракция, поляризация,

дисперсия, отражение, преломление, давление света

тепловое излучение, фотоэффект, химическое действие света, люминесценция, давление света

волновые: V , λ , ν

корпускулярные: Е, m, Р

Характеристики фотона: Е = ; р = ; m =

Сообщение о фотоне делает учащийся. (См. приложение 3).

Каждый отдельный фотон одновременно обладает квантовыми и волновыми свойствами.

Корпускулярно – волновой дуализм свойств света.

В таблице слово «корпускулярные» зачеркнуть и заменить словом квантовые.

Это символическое изображение того факта, что в тех явлениях, которые записаны в правой части таблицы, обнаруживается не только корпускулярные, но и волновые свойства света. Не случайно в обеих частях таблицы оказалось такое явление, как давление света – оно прекрасно объясняется как с волновых, так и с фотонных позиций, что, может рассматриваться как одно из проявлений корпускулярно – волнового дуализма.

Квантовый – значит волновой и корпускулярный в диалектическом единстве.(Учащиеся записывают это определение в тетрадь).

4)Диалектико –материалистическое истолкование того, что известно о фотоне.

Работа групп учащихся над следующими проблемами:

1.Можно ли считать фотон материальным объектом – ведь его масса равна 0?

2.Что такое электромагнитная волна, в частности световая волна, - материальный объект или процесс?

3.Как проявляется взаимосвязь материи и движения в существовании фотона?

Эти три вопроса можно записать на карточки и раздать группам учащихся по 4 человека для обсуждения. Таким образом над одним и тем же вопросом будет работать несколько групп.

Договориться о времени для выяснения мнения внутри группы по каждому из вопросов и последующим обсуждением.

Ответы: 1) В ответе опираться на определение материи. Фотон – частица электромагнитного поля.

2) Электромагнитная волна – это и объект и процесс одновременно. Электромагнитная волна – удивительный пример того, что материя и движение (объект и процесс) неразрывно связаны.

3) Остановить фотон нельзя, он либо движется со скоростью света, либо не существует. Материя существует так же в движении.

Волновые свойства частиц вещества. (См. приложение 4).

Несмотря на наличие экспериментальных доказательств, трудно представить , что электрон, протон, нейтрон и атом одновременно обладают свойствами и волн , и частицы. Волновые свойства присущи и макроскопическим телам, но мы их не замечаем из – за их малости.

Сделаем следующее обобщение: корпускулярно – волновой дуализм – общее свойство частиц вещества и фотонов электромагнитного поля.

4.Повторение того, что учащиеся знают об оптических явлениях.

Практическим выходом любой научной теории является широкое использование ее результатов в науке, технике, производстве.

Перечисляются известные применения таких явлений, как фотоэффект, давление света, химическое действие света, явление интерференции, дифракции, поляризации, дисперсии света. (См. приложение 5).

5.Итоги семинара.

В результате рассмотрения конкретных вопросов курса физики вновь и вновь учащиеся убеждаются в материальности, диалектичности и познаваемости мира, в частности физических явлений. Ведь по ходу урока речь шла о материальности фотона, взаимосвязи материи и движения, законах диалектики, о том, как много знает человек о свете и о том, что практика говорит об истинности этих знаний.

На данном семинаре реализуются меж - предметные связи школьного курсов физики и истории, являющиеся отражением меж - научных связей физики и философии. На уроке развивается диалектический стиль мышления учащихся.

На уроке происходит не только повторение, но и развитие знаний учащихся, создается возможность включения учащихся в разнообразные виды деятельности и обеспечения самостоятельности и активности.

Приложение №1

Возникновение квантовой физики связано с именем немецкого физика М. Планка. Его исследования относились к изучению нагретого тела. Наиболее важные результаты этого исследования были опубликованы М. Планком в конце 1900 г. Таким образом квантовая физика возникла на рубеже 19 и 20 столетий.

С какими же трудностями столкнулась физика в начале 20 века?

Оказалось, что на основе законов классической физики невозможно объяснить строение атома, происхождение линейчатых спектров, закономерности испускания и поглощения электромагнитного излучения нагретыми телами, явления фотоэффекта, люминесценции и т. п. Все это вместе создало ситуацию, которая была названа кризисом классической физики. Разрешить этот кризис удалось путем создания теории относительности СТО и квантовой теории – двух фундаментальных теорий, возникших а начале 20 в.

Стремясь преодолеть затруднения классической теории при объяснении излучения черного тела, М. Планк в 1900 г. высказал гипотезу: абсолютно черное тело испускает и поглощает свет не непрерывно, а отдельными конечными порциями энергии – квантами.

В 1887 г. Г. Герцем было открыто явление фотоэффекта. Количественные закономерности фотоэффекта были установлены А.Г. Столетовым в 1888 г.

А. Эйнштейн, развив идею М. Планка, показал, что законы фотоэффекта могут быть объяснены при помощи квантовой теории.

1905 г. гипотеза Эйнштейна: электромагнитное излучение не только испускается порциями (квантами), но распространяется и поглощается веществом в виде отдельных частиц электромагнитного поля – фотонов, обладающих энергией.

Какое же следствие вытекает из этой гипотезы?

Сама электромагнитная волна состоит из отдельных порций – квантов, в последствии названных фотонами. Свет имеет прерывистую структуру.

Распространение света в виде квантов подтверждается опытом Боте в 1924 г., а квантовый характер поглощения – явлением фотоэффекта. Современные научные представления о фотохимических реакциях, входящих в состав фотосинтеза, основываются на квантовой теории света.

Приложение №2

Проблемой природы света стали активно заниматься с начала 18 века. В это время конкурировали две альтернативные теории света – корпускулярная и волновая. Вопрос стоял так: свет либо волна, либо поток частиц.

В 19 веке после работ Т. Юнга, О.Френеля и Д.Максвелла проблема оказалась решенной окончательно: свет это электромагнитная волна, которую излучают атомы.

Однако в начале 20 в. после работ Эйнштейна, Комптона и других ученых было доказано, что свет – это поток фотонов – релятивистских образований, несущих энергию и импульс. Не является ли это возвратом к корпускулярной теории, отказом от волновой теории света? Конечно, нет! Явление интерференции, дифракции, поляризации и дисперсии однозначно свидетельствуют в пользу волновой природы света, а фотоэффект, эффект Комптона и опыт Боте говорят о том, что свет – это поток фотонов.

Приложение №3

Характеристика фотона.

Фотон – это материальная электрически нейтральная частица электромагнитного поля.

Энергия фотона: Е = Е = mc²

Масса фотона: m = Е / c²

Импульс фотона направлен по световому лучу: Р = mc =h

Наличие импульса подтверждается экспериментально существованием светового давления. Эффект Комптона свидетельствует о существовании фотонов и наличии у них энергии и импульса.

Основные свойства фотона:

1.Является частицей электромагнитного поля.

2.Движется со скоростью света.

3.Существует только в движении.

4.Остановить фотон нельзя: он либо движется со скоростью света, либо не существует; следовательно масса покоя фотона равна нулю.

Приложение №4

Волновые свойства вещества.

В 1924 г. Л. Де Бройль выдвинул гипотезу о том, что подобно электромагнитному излучению, обладающему волновыми и корпускулярными свойствами, такими же свойствами обладают атомы и входящие в них частицы. При этом де Бройль допустил, что соотношения: Е=h· ν и Р=h/λ , установленные для фотона, применимы и к частицам. По идее де Бройля, любая частица и даже любое тело обладает волновыми свойствами. Длину волны частицы (тела) можно определить по формулам: λ=h/P ; ν=Е/h .

Гипотеза де Бройля была подтверждена экспериментально – на опыте была обнаружена дифракция электронов, протонов, нейтронов, атомных и молекулярных пучков.

Несмотря на наличие экспериментальных доказательств, трудно представить, что электрон, протон, нейтрон и атом одновременно обладают свойствами и волн и частиц.

Волновые свойства присущи и макроскопическим телам, но мы их не замечаем из – за их малости.

Вычислим длину волны де Бройля для тела массой 1 г, движущегося со скоростью 1 м/c

λ=h /mc = 6, 6 3 · 10 ³⁴Дж·с : 10 ¯³ кг · 1м/c = 6,625 · 10 ¯³¹ кг

Длина волны на 21 порядок меньше размеров атома. Волновые эффекты такой малости обнаружить невозможно.

Приложение №5

Практическое использование световых явлений.

Практическим выходом любой научной теории является широкое использование ее результатов в науке, технике, производстве.

Перечислим известные применения таких явлений, как фотоэффект, давление света, химическое действие света.

Фотоэффект – лежит в основе действия фотоэлементов.

Применение в технике:

1.Кино – воспроизведение звука.

2.Фототелеграф, фото-телефон.

3.Фотометрия – для измерения силы света, яркости, освещенности.

4.При автоматическом управлении электрическими цепями с помощью световых сигналов.

5.Вентильный фотоэффект – возникновение ЭДС под действием света в системе, содержащей контакт двух различных полупроводников: используется в солнечных батареях.

Давление света: экспериментальное доказательство проведено П.Н.Лебедевым, теоретически предсказано Д.Максвеллом в 1873 г.

Почему хвост кометы направлен практически всегда в сторону, противоположную Солнцу? (В результате давления солнечного света).

Как изменяется длина хвоста кометы с приближением ее к Солнцу? (Хвост кометы растет вследствие давления солнечного света).

Химическое действие света:

1.Фотосинтез – усвоение растениями углекислого газа из воздуха под действием света.

2.Фотохимические реакции – реакции, которые составляют основу фотографии.

Волновые свойства света. Применение.

1.Интерференция света: интерферометры, «просветление» оптики, определение качества обработанной поверхности.

2.Дифракция: дифракционные решетки, служащие для наблюдения спектра и определения длины световой волны.

3.Дисперсия: спектроскоп – прибор, служащий для наблюдения и исследования сплошного и линейчатого спектра.

4.Поляризация: регулировка освещенности, гашение зеркальных бликов при фотографировании, предупреждение ослепления водителя встречным транспортом.

Здесь представлен конспект к уроку на тему «Квантово - волновой дуализм или волновые и квантовые свойства света и вещества», который Вы можете бесплатно скачать на нашем сайте. Предмет конспекта: Физика (11 класс). Также здесь Вы можете найти дополнительные учебные материалы и презентации по данной теме, используя которые, Вы сможете еще больше заинтересовать аудиторию и преподнести еще больше полезной информации.

Список похожих конспектов

Волновые и квантовые свойства света

Волновые и квантовые свойства света

ФИЗИКА. Открытый урок по теме:. “Волновые и квантовые свойства света”. . . (обобщающий урок). Урок проводился для учителей города Курска. ...
Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза де Бройля о волновых свойствах частиц. Соотношение неопределённостей Гейзенберга. Законы отражения и преломления света; поляризация, дисперсия света

Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза де Бройля о волновых свойствах частиц. Соотношение неопределённостей Гейзенберга. Законы отражения и преломления света; поляризация, дисперсия света

Урок № 56-169 Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза де Бройля о волновых свойствах частиц. Соотношение неопределённостей Гейзенберга. Законы отражения ...
Волновые свойства света

Волновые свойства света

Урок физики в 11 классе в разделе «Оптика». Тема:. «Волновые свойства света». Цели:. 1. Познавательная: при помощи физического эксперимента познакомить ...
Расчет количества теплоты необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении. Нахождение удельной теплоемкости вещества

Расчет количества теплоты необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении. Нахождение удельной теплоемкости вещества

Урок в 8 классе. Практическая работа по теме:. «Расчет количества теплоты необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении. ...
Электромагниты, их свойства и применение

Электромагниты, их свойства и применение

Урок по теме: Электромагниты, их свойства и применение. План-конспект урока. Цель урока. : актуализировать знания  . об устройстве и принципе ...
Философия света

Философия света

Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение. Гимназия № 44 г. Сочи. . Учитель физики Руденко Жанетта Дмитриевна, первая квалификационная ...
Строение вещества

Строение вещества

Урок физики в 7 классе. Строение вещества. Цель урока:. . Сформировать у обучающихся детальное представление о строении вещества. Ход урока. ...
СВЕЧА – источник света, тепла, вдохновения, научных и творческих поисков

СВЕЧА – источник света, тепла, вдохновения, научных и творческих поисков

Открытый урок по физике и литературе. Тема:. . СВЕЧА – источник света, тепла, вдохновения, научных и творческих поисков. Цель:. Обучающиеся проведут ...
Агрегатные состояния вещества

Агрегатные состояния вещества

. МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА УРОКА ПО ФИЗИКЕ. . Тема: Агрегатные состояния вещества. Автор: Митина Марина Анатольевна,. ...
Плотность вещества

Плотность вещества

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение. « C. редняя общеобразовательная Шаталовская школа». Старооскольского района Белгородской ...
Плотность вещества

Плотность вещества

Повторительно-обобщающий урок по теме "Плотность вещества". Физика. 7-й класс. . Цели:. . Повторить и систематизировать теоретический материал ...
Вода и ее свойства

Вода и ее свойства

. МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №12 ЗАТО ШИХАНЫ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ». Конспект. ...
Введение. Первоначальные сведения о строении вещества

Введение. Первоначальные сведения о строении вещества

Муниципальное бюджетное образовательное. учреждение Белоярского района. «Общеобразовательная средняя (полная) школа № 1 г.Белоярский». Ханты-Мансийского ...
Агрегатные состояния вещества

Агрегатные состояния вещества

ПЛАН-КОНСПЕКТ УРОКА. . Агрегатные состояния вещества. ФИО. . Шаронова Селена Михайловна. . . . Место работы. . МБОУ ...
Агрегатные состояния вещества

Агрегатные состояния вещества

Bulanova Vera school. 2087. . Урок в 10 классе. Выполнил:. учитель физики. Буланова В.А. Методическая разработка урока ...
Агрегатные состояния вещества

Агрегатные состояния вещества

МБОУ «Гимназия №4» г.о. Дзержинский. Открытый урок. . Урок по теме: «Агрегатные состояния вещества». 7 класс. ...
Агрегатные состояния вещества

Агрегатные состояния вещества

Открытый урок по физике в 7 классе. Агрегатные состояния вещества. . Подготовила:. учитель физики и математики. II. категории. КУ ...
Плазма – четвертое состояние вещества

Плазма – четвертое состояние вещества

Рабочая программа. . элективного курса по физике в 11-Б классе. «Плазма – четвертое состояние вещества». ( 34 часа ). Составитель: Ивашова ...
Плотность вещества

Плотность вещества

. Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение. Средняя общеобразовательная школа №6 г. Ипатово. УРОК. ...
Агрегатные состояния вещества

Агрегатные состояния вещества

Сертакова Галина Александровна учитель физики. Государственное бюджетное специальное (коррекционное) образовательное учреждение. . для обучающихся ...