光的微粒説和波動説的高中教學設計

一、素質教育目標：

（一）知識教學點：

1．知道光的微粒説和波動説

2．瞭解光的波動説和微粒説的發展史

（二）能力訓練點：

1．通過實驗現象的觀察對比分析，注重觀察能力的培養。

2．通過對光本性發展史的認識，培養科學探索、質疑精神，提高科學素質。

（三）德育滲透點：

1．通過對光本性發展史的瞭解，使學生感受和體會物理學的研究方法，領略物理理論的形成過程和物理學家的思維方法。

2．對光的波動説與微粒説的初步瞭解，培養學生的辯證唯物觀點，激發學習興趣，培養創新意識和創新精神。

二、重點、難點、疑點及解決辦法：

本節課的內容，就課本而言，十分簡單，而學生學起來比較枯燥抽象。但它是本章的開頭.本章貫穿主線--人類對本性認識的發展過程。因而，上好這節課，對認識光的本性，提高學生的科學素質和培養創新精神十分必要。重點是瞭解人類對光本性認識的發展史，從而激發學生的學習興趣，使學生受到辯證唯物主義教育，瞭解物理學的曲折發展過程和研究方法。初步認識光的波動性與粒子性，且光具有波粒二象性是學習的難點。要調動學生學習的積極性，使課堂變得生動活潑，增加較多的演示實驗，穿插介紹物理學史是十分必要的。

三、課時安排：

本節內容：

1課時

四、教具準備：

多功能激光儀 投影儀 多媒體課件

五、學生活動設計：

主要包括老師提出問題引導學生思考、討論，觀察實驗，類比分析，歸納推理，質疑等，激發起興趣，落實"以人為本，注重發展"的目標。

六、教學步驟：

（一）明確目標，引入課題：

演示一：激光儀演示觀察：光的直進、反射、折射、介質分界面上同時發生的反射與折射。

演示二：激光器上演示在寬窄不同的三種單縫下所發生的直進、繞射現象等。

演示三：單色光通過雙縫屏所發生的干涉現象。

在實驗演示前可由老師先引導學生分析可能產生何種現象，然後演示觀察，一方面檢驗所學知識的理解和應用能力，另一方面由於受所學知識的侷限，對演示二與演示三所發生的現象產生驚奇，產生學習興趣，可以激發求知慾。在此基礎上老師提出：以上種種現象已經無法用光的直進、反射、折射等規律解釋和説明，需要我們進一步弄清光的本質，光到底是什麼？

人類對光本性的探討，從很早就開始了，不過這個問題並不簡單，人類對光本性的認識經歷了漫長而曲折的過程，直到十七世紀，人類對光本性的認識才逐漸形成了兩種學説。

（二）重點、難點的學習與目標的完成過程：

1．光的微粒説：

多媒體課件："關於光的本性問題，在1704年出版的《光學》一書中，牛頓認為光是從發光體發出的而且以一定速度向空間直線傳播的微粒。這種看法被稱為微粒説。牛頓用彈性小球撞擊平面時發生反彈現象的類比，來解釋光的反射現象，當光從空氣進入透明介質時，由於介質對光微粒的吸引，使它們的速度發生變化，即造成光的折射。按這種解釋，應該假設介質中的光速大於真空中的光速。當時，人們不能用實驗方法測出光速，又因牛頓的威望，這種學説在18世紀取得了統治地位"。

按照牛頓的微粒説，解釋光的直進、影的形成、反射、折射十分方便，但一束光射到兩種介質界面時，既有反射，又有折射。何種情況下反射，何種情況下折射？微粒説在解釋時遇到很大的困難。

2．光的波動説；

多媒體課件展示："荷蘭物理學家惠更斯在1678年寫成的《光論》一書中，從光與聲的某些相似性出發，認為光是在"以太"介質中傳播的球面縱波。"以太"是一種假想的彈性介質，充滿整個宇宙空間，這就是惠更斯的波動説。這種學説認為光是某種振動，以波的形式在"以太"介質中的傳播。按此學説解釋光的折射時要假設介質中的光速小於真空中的光速。惠更斯成功地推導出了光的反射和折射定律。但是，"以太"這種連續彈性介質，難以想象，給波動説本身造成了不可克服的困難"。

光的波動説在解釋光的直進和影子的形成原因時也遇到困難。

可見，光的微粒説和波動説在解釋光現象時，都各有成功的一面，但都不能完滿地解釋當時的一切光現象。

直到19世紀初，人們發現了光的'干涉、繞射，從而波動説得到很大發展。19世紀未，又發現了波動説不能解釋的新現象--光電效應，證實了光的確又具有粒子性。人們終於認識到了光的本性--光具有波粒二象性。

3．牛頓的辯證思想：

牛頓雖然提倡了微粒説，但他並不排斥波動説。他根據所做過的大量實驗和縝密的思考，提出了不少卓越而富有啟發性的思想。如牛頓提出"週期性"概念，這是波動的一個特徵，而惠更斯卻否認波的週期性。因此，牛頓在它的微粒説理論中包容有波動説的合理因素。牛頓認為"我只是對尚待發現的光和它對自然結構的那些效果開始做了一些分析，對它做了幾點提示，而把這些啟示留等那些好奇的人們進一步去用實驗和觀察來加以證明和改進"。牛頓的嚴謹、兼收幷蓄的科學態度值得我們學習。

（三）總結擴展與作業佈置：

關於光本性的探索又一次證明了物理學是通過實驗為基礎發展起來的一門科學，物理學理論的形成經過實驗→假説→實驗→完善和發展假説……的辯證過程，這期間往往要經過幾代科學家的努力。這種探索精神，是我們今天學習的動力，這種探索過程，使我們再次領略到物理學的研究方法和物理思想。

佈置學生預習下二節內容，提出預習目標，按課本要求自己觀察所講述的現象。

七、板書設計（投影）

第一節 波動説和微粒説

八、參考資料：

1．牛頓在1675年提出"光是一羣難以想象的細微而迅速運動的大小不同的粒子"，這些粒子被髮光體"一個接一個地發射出來"。

2．為解釋光在兩種介質界面上同時發生的反射與折射，牛頓提出著名的"猝發理論"，他提出："每一束光線在通過任何折射面時，便處於某種為時短暫的過渡性結構和狀態之中。在光線的前進過程中，這種狀態每隔相等的間隔（等時或等距）內就復發一次，並使光線在它每一次復發時，容易通過下一個折射面，而在它經過兩次復發之間容易被這個面反射"，"我將把任何一條光線返回到傾向於反射的狀態稱它為‘容易反射的猝發’。而把它反回到傾向於透射狀態稱為‘容易透射的猝發’，並且把每一次返回和下一次返回之間所經過的距離稱它為‘猝發的間隔’"。

3．"以太"：惠更斯提出的波動説中，需要指出光傳播的介質。因而，他預言有這樣一種連續彈性物質，它充滿我們觀察所及的整個空間，滲透於一切物體之中，這種介質取名為"以太"。