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關于《動量》和《波粒二象性》兩章的教學思考
中華中學 呂馳云
課標
教材
教學
問題
關于《動量》和《波粒二象性》兩章的教學思考
課標
課標內容
內容解讀
課標
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。
解讀1：可以通過光滑水平面上（如氣墊導軌上）物體的碰撞來學習彈性碰撞，也可以通過頻閃照片的分析來學習。關于彈性碰撞和非彈性碰撞，學生知道以是否有機械能的損失來區(qū)分就可以了，不必涉及能量損失的多少。
第十六章 動量守恒定律
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。
解讀2：能夠用牛頓第二定律來推導動量定理，進而推導動量守恒定律，但還是要了解動量守恒定律是一個實驗定律。課標對于動量守恒定律的要求是較高的“理解”層次，不僅要能應用動量守恒定律定量分析一維碰撞問題和反沖運動，還應能應用在不同的情境中。
3：通過物理學中的守恒定律，體會自然界的和諧與統(tǒng)一。
解讀3：這條標準是情感方面的要求，重在感悟和體會。“守恒”這個物理概念和“對稱”這個美學概念是緊密地聯(lián)系在一起的。 三大守恒定律乃是物質世界和
諧性最完美的體現(xiàn)。
另外，盡管在課標內容中未能明確提及，但“沖量”問題、“動量定理”問題、“反沖運動、火箭”問題等，也應該在教學過程中有所反映。
1：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世界的認識。
解讀1：了解黑體和黑體輻射的特點；知道人們在研究不同溫度下黑體輻射強度與波長關系時，經典理論結果與實驗事實之間產生的矛盾；知道為了解決此矛盾，德國物理學家普朗克假想黑體輻射的能量是不連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫做一個能量子，從而提出了能量量子化的觀點。
第十七章 波粒二象性
2：通過實驗了解光電效應。知道愛因斯坦光電效應方程及其意義。
解讀2：觀察演示實驗——光電效應；了解光電效應實驗中發(fā)現(xiàn)的幾條規(guī)律，及其與波動理論間的矛盾。知道為了解決此矛盾，愛因斯坦提出了光子說及光電效應方程，及其對光電效應現(xiàn)象和規(guī)律的完美解釋。知道光電效應是光的粒子性的一個實驗證據(jù)。
3：了解康普頓效應。
解讀3：了解康普頓效應表明光子不但具有能量，而且像實物粒子一樣具有動量，它在證明電磁場的物質性方面意義重大。
對康普頓效應的要求是“了解”，只需定性地學習，不必要求計算。
4：根據(jù)實驗事實說明光的波粒二象性。知道光是一種概率波。
解讀4：能根據(jù)光電效應和康普頓效應說明光的粒子性，能結合3-5中光的波動性說明光的波粒二象性。
學生可以通過對雙縫干射的分析認識到，某個光子通過狹縫以后所處的位置是不能確定的，但從大量光子的行為看，它在某些位置出現(xiàn)的概率大，另一些位置出現(xiàn)的概率小，概率大的位置和概率小的位置恰好與某種波干涉時的亮紋、暗紋的位置相符合，由此知道光是一種概率波。
5：知道實物粒子具有波動性。知道電子云。初步了解不確定性關系。
解讀5：要知道物質波也是概率波。要知道電子云是描述電子在空間各點出現(xiàn)概率大小時所用的一種形象化的圖示。
初步了解粒子的位置和動量間的不確定關系，初步了解電子的位置無法用軌跡描述，初步了解除位置和動量的不確定關系外，應該還有其他不確定關系。
6：通過典型事例了解人類直接經驗的局限性。體會人類對世界的探究是不斷深入的。
解讀6：限于學生的基礎，對于量子論和波粒二象性的內容本身，學生不可能深入學習。在這部分內容的學習中，應該更重視它在情感態(tài)度價值觀和科學方法方面的教育。學生應該體會到，人類的直接經驗是有限的，一個學說的正確性不能以是否與直接經驗一致為依據(jù)，它最終要靠實踐的檢驗。
在這部分內容的學習中，學生還應該體會到人類對世界的探究是無止境的，新的認識會層出不窮，過去的認識在新的場合可能不再適用。要使學生形成不斷接受新事物的心理準備。
考試說明
教學要求
選修
3
/
5 動量守恒定律 1．動量定理 對動量定理不作要求
2．動量守恒定律 限定。增加“關注動量守恒定律建立過程，不要求應用動量守恒定律進行定量計算。”
3．碰撞 選學
4．反沖運動 選學
波粒二象性 1．康普頓效應 選學
2．粒子的波動性 不要求用德布羅意波長關系式進行定量計算
3．光的波粒二象性
知道電子云。初步了解不確定性關系。 選學
教學要求補充說明
選修3-5
90.動量 動量守恒定律 I
91.驗證動量守恒定律（實驗、探究） I
92.彈性碰撞和非彈性碰撞 I 只限于一維碰撞的問題
93.普朗克能量子假說 黑體和黑體輻射 I
94.光電效應 I
95.光的波粒二象性 物質波 I 德布羅意關系式的定量計算不作要求
江蘇考試說明 (2011)
選修3-5
90.動量 動量守恒定律 I
91.驗證動量守恒定律（實驗、探究） I
92.彈性碰撞和非彈性碰撞 反沖運動 I 只限于一維碰撞的相關問題
93.普朗克能量子假說 黑體和黑體輻射 I
94.光電效應
康普頓效應 I
95.光的波粒二象性 物質波
概率波
不確定性關系 I 德布羅意波長關系式的定量計算不作要求
江蘇考試說明 (2010)
江蘇考試說明 (2011)
選修3-5
90.動量 動量守恒定律 I
91.驗證動量守恒定律（實驗、探究） I
92.彈性碰撞和非彈性碰撞 I 只限于一維碰撞的問題
93.普朗克能量子假說 黑體和黑體輻射 I
94.光電效應
I
95.光的波粒二象性 物質波 I 德布羅意關系式的定量計算不作要求
(1)下列實驗中，深入地揭示了光的粒子性一面的有　　　　．
2008江蘇高考真題
(2)場強為E、方向豎直向上的勻強電場中有兩小球A、B，它們的質量分別為m１、m２，電量分別為q１、 q２．A、B兩球由靜止釋放，重力加速度為g，則小球A和Ｂ組成的系統(tǒng)動量守恒應滿足的關系式為　　　　　　　　　　　　　　　　．
(3)約里奧·居里夫婦因發(fā)現(xiàn)人工放射性
而獲得了1935年的諾貝爾化學獎，他
們發(fā)現(xiàn)的放射性元素衰 變成 的同
時放出另一種粒子，這種粒子是　　．
是 的同位素，被廣泛應用于生物
示蹤技術．1mg隨時間衰變的關系如圖
所示，請估算4 mg的經多少天的衰變后
還剩0.25 mg
2009江蘇高考真題
C．（選修模塊3—5）（12分）
在衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出。
中微子的性質十分特別，因此在實驗中很難探測。1953年，萊尼斯和柯文建造了一個由大水槽和探測器組成的實驗系統(tǒng)，利用中微子與水中的核反應，間接地證實了中微子的存在。
（1）中微子與水中的 發(fā)生核反應，產生中子（ ）和正電子
（ ），即
中微子+ → +
可以判定，中微子的質量數(shù)和電荷數(shù)分別是 ▲ 。（填寫
選項前的字母）
（A）0和0 （B）0和1 （C）1和 0 （D）1和1
（2）上述核反應產生的正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體后，可以轉變?yōu)閮蓚€光子（ ），即
已知正電子和電子的質量都為9.1×10-31㎏，反應中產生的每個光子的能量約為 ▲ J.正電子與電子相遇不可能只轉變?yōu)橐粋€光子，原因是 ▲ 。
（3）試通過分析比較，具有相同動能的中子和電子的物質波波長的大小。
2010江蘇高考真題
C.（選修模塊3-5）（12分）
(1)研究光電效應電路如圖所示，用頻率相同、強度不同的光分別照射密封真空管的鈉極板（陰極K），鈉極板發(fā)射出的光電子被陽極A吸收，在電路中形成光電流。下列光電流I與A\K之間的電壓的關系圖象中，正確的是 .
（2）鈉金屬中的電子吸收光子的能量，從金屬表面逸出，這就是光電子。光電子從金屬表面逸出的過程中，其動量的大小___▲____(選填“增大、“減小”或“不變”)， 原因是___▲____。
（3）已知氫原子處在第一、第二激發(fā)態(tài)的能級分別為-3.4eV和-1.51eV， 金屬鈉的截止頻率為 Hz, 普朗克常量h=
Js.請通過計算判斷，氫原子從第二激發(fā)態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)過程中發(fā)出的光照射金屬鈉板， 能否發(fā)生光電效應。
“度”的把握!
難
教學的“依據(jù)”!
教材
教材比較
教材結構
教材編寫的依據(jù)
物理教材的功能定位
學生的認知規(guī)律
物理學科的知識體系
物理教學目的
新人教版
粵教版
滬科版
魯科版
教科版
教材比較
第1章 動量守恒研究
第2章 原子結構
第3章 原子核與放射性
第4章 核能
第5章 波與粒子
第1章 碰撞與動量守恒
第2章 波粒二象性
第3章 原子結構之迷
第4章 原子核
粵教版
滬科版
第1章 碰撞與動量守恒
第2章 波和粒子
第3章 原子世界探密
第4章 從原子核到夸克
第5章 核能與社會
教科版
第1章 碰撞與動量守恒
第2章 原子結構
第3章 原子核
第4章 波粒二象性
魯科版
粵教版
新人教版
1 實驗：探究碰撞中的不變量
2 動量和動量定理
3 動量守恒定律
4 碰撞
5 反沖運動 火箭
第十六章 動量守恒定律
第一章 碰撞與動量守恒
1 物體的碰撞
2 動量 動量守恒定律
3 動量守恒定律在碰撞中的應用
4 反沖運動
5 自然界中的守恒定律
知識難度明顯要高，主要體現(xiàn)在對理論推導過程的強化上！
1 實驗：探究碰撞中的不變量
2 動量和動量定理
3 動量守恒定律
4 碰撞
5 反沖運動 火箭
第十六章 動量守恒定律
粵教版
新人教版
1 能量量子化
2 光的粒子性
3 粒子的波動性
4 概率波
5 不確定性關系
第十七章 波粒二象性
第二章 波粒二象性
1 光電效應
2 光子
3 康普頓效應及其解釋
4 光的波粒二象性
5 德布羅意波
知識體系明顯更加完善，所展示出的人類對物質微粒本性的認知進程更加符合高中生的認知規(guī)律，大筆墨表述的物理學史更能使學生從中感受和領悟科學方法和科學思想，體會人類對世界的不斷深入的探究過程，更利于情感和態(tài)度的教育！
新人教版
舊人教版
1 實驗：探究碰撞中的不變量
2 動量和動量定理
3 動量守恒定律
4 碰撞
5 反沖運動 火箭
1 沖量與動量
2 動量定理
3 動量守恒定律
4 動量守恒定律的應用
5 反沖運動 火箭
主要知識點及其呈現(xiàn)順序基本一致.
新版本突顯了“探究”這個重要的新課程理念！
更加注重知識的“出生” ！
更加關注學生獲取知識的“行為”！
更加強調“圖片”的應用！
教學資源！
整合
博采眾長！
教材結構
——“人教版”
第十六章 動量守恒定律
1 實驗：探究碰撞中的不變量
2 動量和動量定理
3 動量守恒定律
4 碰撞
5 反沖運動 火箭
“概念”的萌芽
“規(guī)律”的形成
“規(guī)律”的應用
教材結構
——“人教版”
第十七章 波粒二象性
1 能量量子化
2 光的粒子性
3 粒子的波動性
4 概率波
5 不確定性關系
光的“粒子性”
粒子的“波動性”
微觀粒子的
“波粒二象性”
教學
教學處理
教學建議
第十六章 動量守恒定律
第一單元：
實驗：探究碰撞中的不變量………… 2課時
第二單元：
動量和動量定理……………………… 2課時
動量守恒定律………………………… 2課時
第三單元：
碰撞 ……………………………………1課時
反沖運動 火箭……………………… 1課時
課時安排建議
教學建議
第十七章 波粒二象性
第一單元：
能量量子化………………………… 1課時
光的粒子性………………………… 2課時
第二單元：
粒子的波動性……………………… 1課時
第三單元：
概率波 ………………………………1課時
不確定性關系……………………… 1課時
課時安排建議
教學建議
器材的選擇
教學處理
“探究”的教學處理示例
實驗探究
——探究碰撞中的不變量
實驗:驗證動量守恒定律
器材的選擇
教學處理
“探究”的教學處理示例
實驗探究
——探究碰撞中的不變量
速度的測量
數(shù)據(jù)的處理
讓學生親身經歷
“探究過程”！
教學處理
“探究”的教學處理示例
理論探究
——動量守恒定律
根據(jù)動量定理：
F1t = m1v1’－m1v1 （1）
F2t = m2v2’－m2v2 （2）
根據(jù)牛頓第三定律： F1t = －F2t （3）
m1v1’－m1v1 =－（m2v2’－m2v2）
即 有: m1v1 + m2v2 = m1v1 ’ + m2v2 ’
p = p’
（1）動量定理中的 t 應具任意性，F(xiàn)1、F2應為平均力；
（2）“守恒”與“相等”的區(qū)別；
（4）動量守恒定律的 “四個性”。
（3）動量守恒定律的 “條件”。
“探究”的另一種模式
——了解前人的探究活動
能量量子化
物理學是以實驗為基礎的，但教學中一步一個實驗，所學到的每一個規(guī)律都要由實驗直接檢驗的做法是形式主義！是不可能的！也是沒有意義的！
科學猜想是探究過程中最活躍的因素，它雖然只是根據(jù)不完整的事實和不嚴格的推理得出的論斷，但這個假設的推論與事實是否相符是最重要的。
科學探究中的絕大多數(shù)猜想與假設都是無法直接驗證的，如：普朗克提出量子論假設的過程中并沒有做實驗，但誰也不能說他的工作不是科學探究。
粒子的波動性
概率波
教學處理
“興趣的激發(fā)”教學處理示例
動量定理的定性應用
生活中的碰撞
宇宙中的碰撞
微觀世界的碰撞
問題
一個困難
一個疑惑
幾點注意
一個困難
若沒選修3-4，該怎么講清“波粒二象性”？
如何達成“課程標準”中關于 “碰撞與動量守恒”內容標準的第3條？
一個疑惑
動量守恒
起因于
空間對稱性
《人教版》
？
《粵教版》
！
3：通過物理學中的守恒定律，體會自然界的和諧與統(tǒng)一。
“守恒”是“相等”，但“相等”不是“守恒”！
“動量守恒定律”雖可從“牛頓運動定律”導出，但絕不是牛頓運動定律的產物！
幾點注意
“光子”不是“光電子” ，“光的強度”不是“光電流的強度” ！學會用光子說解釋光電效應規(guī)律。
“動量”的相關計算均為“矢量”運算！
“動量守恒定律”的“四性”！
“物理學史”的教學過程中要講出“探究”的味道！

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