3　粒子的波动性优秀公开课教案

物理选修3-5

粒子的波动性

【三维目标】

1、知识与技能：了解光的波粒二象性．

了解粒子的波动性．

2、过程与方法：培养学生的观察问题、分析问题能力。

3、情感态度与价值观：培养学生严谨的科学态度，正确地获取知识的方法。

【重点难点】

1、重点：粒子波动性的理解

2、难点：对德布罗意波的实验验证

【授课内容】

一、说明：光的波粒二象性的联系

（1）、E=hν

光子说不否定波动性

光具有能量动量，表明光具有粒子性。光又具有波长、频率，表明光具有波动性。且由E=hν，光子说中E=hν，ν是表示波的物理量，可见光子说不否定波动说。

（2）、光子的动量和光子能量的比较：p=h与ε=hν

Ｐ与ε是描述粒子性的，λ、ν是描述波动性的，h则是连接粒子和波动的桥梁

波粒二象性对光子来讲是统一的。

二、德布罗意波（物质波）

1924年，德布罗意(due de Broglie, 1892-1960)最早想到了这个问题，并且大胆地设想，对于光子的波粒二象性会不会也适用于实物粒子。

De . Broglie 1924年发表了题为“波和粒子”的论文，提出了物质波的概念。

他认为，“整个世纪以来（指19世纪）在光学中比起波动的研究方法来，如果说是过于忽视了粒子的研究方法的话，那末在实物的理论中，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子的图象想得太多，而过分忽略了波的图象呢”

1 / 5

于是，他提出：一切实物粒子都有具有波粒二象性。即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。

能量为E、动量为p的粒子与频率为v、波长为的波相联系，并遵从以下关系：E=mc2=hv

p=mv=h

其中p：运动物体的动量

h：普朗克常量

1、德布罗意波

这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波(物质波或概率波),其波长称为德布罗意波长。

2、一切实物粒子都有波动性。

后来，大量实验都证实了：质子、中子和原子、分子等实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布罗意关系。

一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？

【例1】试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。

解：估计一个中学生的质量m≈50kg ，百米跑时速度v≈7m/s ，则

λ=h=1.9×10－36m p计算结果表明，子弹的波长小到实验难以测量的程度，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性。

所以，宏观物体只表现出粒子性。

如速度v=5.0102m/s飞行的子弹，质量为m=10-2Kg，对应的德布罗意波长为：如电子m=9.110-31Kg，速度v=5.0107m/s, 对应的德布罗意波长为：h1.31025nmmvh1.4102nmmv

太小测不到！X射线波段

2 / 5

可见，只有微观粒子的波动性较显著；而宏观粒子(如子弹)的波动性根本测不出来。

德布罗意公式成为揭示微观粒子波－粒二象性的统一性的基本公式，1929年，De Broglie因发现电子波而荣获Nobel

物理学奖。

三、物质波的实验验证

G.P.汤姆孙电子衍射实验

1927年汤姆孙观察了电子束透过多晶薄片的衍射现象. DKMP

1961年,C.约恩孙让电子束通过单缝、多缝的衍射图样.

<合作探究> 思考：当时某一观点超出了人们的想象，不被人们所接受，历史上类似的事例我们还知道那些？

四、典型例题

1、一个质量为450g的足球以10m/s的速度在空中飞行；一个初速为零的电子，通过电压为100V的加速电场。试分别计算它们的德布罗意波长。

3 / 5

2、某电视显像管中电子的运动速度是4.0×107m/s；质量为10g的一颗子弹的运动速度是200m/s．分别计算它们的德布罗意波长．

3、下列说法中正确的是（

）

A、物质波属于机械波

B、只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性。

C、德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都有一种波和它相对应，这种波叫物质波

D、宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性。

五、小结

1、知识梳理：

2、规律方法总结：

六、作业

[课堂练习] 1、以下说法正确的是（

）

A、物体都具有波动性

B、抖动细绳一端，绳上的波就是物质波

C、通常情况下，质子比电子的波长长

D、核外电子绕核运动时，并没有确定的轨道

4 / 5

2.关于光的本性，下列说法正确的是：

（

）

A.在其他条件相同时，光的频率越高，衍射现象越容易看到

B.频率越高的光，粒子性越显著，频率越低的光波动性越显著

C.大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往表现出粒子性

D.若让光子一个一个地通过狭缝时，他们将严格按照相同的轨道和方向做有规则的匀速直线运动

3.下列说法正确的是

（

）

A.物质波属于机械波

B.只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性

C.德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都有一种波和它对应，这种波叫做物质波

D.宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性

4、一个带电荷量为单位电荷的粒子，经过206V的加速电压由静止加速后，它的德布罗意波长为0.002nm,试求这个粒子的质量。

5 / 5