3　粒子的波动性优质公开课教案

《粒子的波动性》教学设计

一、教材分析：

本节教材涉及物质波概念的建立和物质波的实验检验等知识，突出科学家探索物质波的历程和类比思维方法的运用，是对学生进行科学思维教育的好题材，

学生已经学习了光的粒子性和波动性，但是实物粒子同时具有波动性和粒子性学生较难理解，在经典物理学中，物质的波动性和粒子性是互不相容的，二者是两种不同的研究对象，波和粒子这两个概念是互相排斥的，所以实物粒子波动性的理解是教学的难点。

二、教学目标：

1、了解光既具有波动性，又具有粒子性。

2、知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性。

3、知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。

三、教学重点、难点：

实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波

长和粒子动量关系。

实物粒子的波动性的理解。

四、教学过程：

（一）引入新课

教师提问：前面我们学习了波，那么波有哪些类型？

学生回答：机械波与电磁波。

教师提问：波的特性是什么？

学生回答：干涉与衍射。

教师提问：通过学习我们知道光具有干涉和衍射现象，所以光具有波动性，可上

节课我们又说光具有粒子性，那么我们对光的认识是什么样的？

教师活动：通过光的发展史引出光的波粒二象性。

（二）新课讲解

1、光的波粒二象性

教师提问：光的这两种性质有无联系？它们的关系又是怎样？

学生回答教师总结：上节学习中知道一份光子的动量、能量的基本关系式，如图左侧是描述物质的粒子性的重要物理量；右侧是描述物质的波动性的典型物理量。普朗克常数h架起了粒子性与波动性之间的桥梁。

【设计意图】借助图片展示、结合实验事实的讨论，以及教师的启发性讲述，帮助学生根据事实去想象、理解和把握光的多面性。

2、粒子的波动性

教师讲述：当时的许多科学家对光具有波粒二象性还持怀疑态度时，有一位当时正在大学读博士的学生却更大胆，提出实物粒子也有波动性，甚至宏观物体也有波动性。到底是怎么回事呢？

学生带着下列问题阅读37页第二框（粒子的波动性）内容。

教师讲解：

（1）谁大胆地将光的波粒二象性推广到实物粒子？

（2）德布罗意波的概念是什么？

（3）物质波的频率、波长公式是什么？

学生利用公式求解实物粒子的波长：

1.一个电子被75V的电压加速后,（电子质量为9.11×10-31kg）

a.加速后的速度为多大？

b.求其具有的德布罗意波长

2.如速度v=500m/s飞行的子弹，质量为m=10-2kg，对应的德布罗意波长为多少？

【设计意图】让学生带着问题去阅读课本，了解德布罗意提出物质波的历史背景，通过对问题的思考和回答，使学生深刻体会他是如何利用类比的方法大胆提出粒子的波动性假说的。

3、物质波的实验验证

（1）师生互动讨论如下问题：

问题一：若要验证粒子或物体的波动性，证明它是一种波，应该通过实验寻找什么证据？

学生回答：如果能通过实验观察到实物粒子的干涉、衍射现象，就可得以验证。

问题二：波发生明显衍射的条件是什么？

学生回答：孔、缝或障碍物的尺寸跟波长差不多或小的多时。

问题三：那么物质波的波长大小是怎样的呢？

通过比较前面计算的电子与子弹的波长来理解实物粒子不易发生衍射的原因。

（2）教师展示历史上的探究历程：

早在1912年（德布罗意之前12年），德国物理学家劳厄就已经提议用晶体中排列规则的物质微粒作为衍射光栅来检验x光的波动性，实验获得了成功，证明x光是电磁波。而电子的波长与x光的波长具有相近的数量级，所以德布罗意提出用晶体做电子衍射实验。1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，证实了电子的波动性。

实验陆续证明了质子、中子及原子、分子的波动性，而且对这些粒子，λ=关系依然正确。德布罗意的设想最终都得到了完全的证实。实验使人们认识到德布罗意的物质波理论是正确的，而且为物质波理论奠定了坚实基础。1929年，他荣获了诺贝尔物理学奖。

【设计意图】通过问题层次启发，引导学生一起去寻找验证物质波理论的证据，通过问题启发和历史探究介绍相结合，让学生了解物质波的验证历程，再次体验实验是检验科学理论是否正确的标准。

（三）知识应用

学生阅读“科学漫步”，了解显微镜的分辨本领。

（四）课堂练习

１.下列说法正确的是(

)

A．有的光是波，有的光是粒子

B．光子与电子是同样的一种粒子

C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著

D．γ射线具有显著的粒子性，不具有波动性

2.根据物质波理论，以下说法中正确的是(

)

A．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性

B．宏观物体和微观粒子都具有波动性

C．宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长

D．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显

3.一质量为450 g的足球以10 m/s的速度在空中飞行；一个初速度为零的电子，通过电压为100 V的电场加速．试分别计算它们的德布罗意波长．其中，电子质量为9.1×10－31 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s.

（五）课后作业

课后P40问题与练习1、2、3