3　粒子的波动性教案和学案内容

粒子的波动性教学设计

2018.5.12 第一部分

课前准备

一．教材分析：

1．本节内容为教学大纲二级要求内容。

2．本节内容是经典粒子、经典波的思想向物质波(概率波)思想转化的一个承前启后的内容，要为后面的概率波、测不准关系做好知识和方法上的准备。

二．学生分析：

1．学生的基础尚可，能够进行课前预习，因此要求学生预习好本节的内容，对课文的内容有明确的了解，知道光的波粒二象性，也知道粒子的波动性。

2．学生们习惯于理科的思维，对于实验的内容，不注意实验过程细节，对于有文科性质的本节内容以为不重要，一定要去除这种想法。

三．三维设计

1．知识与技能 （1）知道光、实物粒子具有波粒二象性。 （2）知道德布罗意假设的内容及其物质波的波长、频率的表达式。 （3）了解德布罗意波的验证过程并对电子轨迹的不确定性有一定的了解。 2．过程与方法 （1）沿着物理学家的研究过程展开教学，尽量再现德布罗意利用逆向思维把光的波粒二象性反推到实物粒子的波动性的思想和方法，并由光的能量、动量公式推出了物质波的波长和频率的表达式。 （2）实物粒子的波动性不明显，通过对比找到验证电子波动性的方法，并通过动画观察电子的衍射特点。

3．情感态度与价值观 （1）感受人类对光认识曲折过程，欣赏人类对光的探索的过程美，体会曲折中前进的哲学美。

（2）从科学家的科学探究感悟：遇到困难时不仅要向固有观念挑战，而且要善于从原来的知识中吸收有用的东西，提出大胆猜想和假说，并寻找有效的方法加以验证。 （3）培养学生的科学文化素质。 四．教学重点：

实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波频率与波长公式。

五．教学难点：

1

实物粒子波动性的理解和验证。

六．教学方法：

学生预习－教师讲解－能力训练－归纳总结－承前启后。

七．教学用具：

课件：flash演示影片，多媒体教学设备。

八．课时安排：

1 课时

第二部分

教学过程

1.旧课复习：

(1)结合课件中光的干涉、衍射图片，对光的干涉、衍射的形成条件及其实验现象有更进一步的认识。特别对光形成明显衍射的条件“波长越长、狭缝越窄，波的衍射越明显”要明确给出，以备学习显微镜的分辨率时应用。

(2)黑体辐射提出能量子、光电效应提出光子、康普顿效应提出光的动量，都说明的电磁波具有粒子性。

2.新课教学：

(1)问题的提出：光的干涉、衍射说明光具有波动性，光电效应、康普顿效应又说明光具有粒子性，光的本质到底是什么？

2

(2)利用逆向思维反向提出问题：光(电磁波)具有波粒二象性，那么实物粒子呢？实物粒子具有波动性吗？

戴维孙和汤姆孙的晶体电子衍射实验

后来人们又陆续证实了质子、中子、原子等的波动性，并验证了德布罗意公式的正确性。

结合课本说明：电子的波动性可观察，而子弹的波动性无法观察。

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上面图片是电子衍射模拟动画瞬间照片，反映了少量电子表现出波动性，大量电子表现出粒子性，即电子表现出波粒二象性，但不是经典的粒子或波,为下一节概率波打一个伏笔。

(3)显微镜的分辨本领：

人眼的分辨率约0.1mm，光学显微镜的分辨率约200nm，更小的就看不清了。光的衍射使光经过透镜后不是会聚成一个光点，而是一个光斑，成像模糊，分辨率下降。

如何减小衍射影响？减小波长或增大孔径。电子的德布罗意波长比可见光小的多，于是出现了电子显微镜，电子显微镜的分辨率约0.2nm。

德布罗意波长公式：λ= h/p = h/mv，速度越大，波长越短，分辨率越高，故需要高压加速电子。

(4) 练习：

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1.提出物质波假设的科学家是( D ) A.普朗克 B.爱因斯坦 C.德布罗意 D.汤姆孙

2.关于物质波,下列说法中正确的是( A ) A.速度相等的电子和质子，电子的波长长。

B.速度相等的电子和质子，质子的波长长。

C.动量相等的中子和电子，中子的波长短。

D.甲电子的速度是乙电子速度的3倍，则甲电子的波长也是乙电子的3倍。

3.为了观察到纳米级的微小结构,需要用到电子显微镜，关于电子显微镜比光学显微镜的分辨率的高原因，下列说法中正确的是( A )。

A.高速电子束物质波的波长更短,可以减小衍射的影响。

B.高速电子束物质波的波长更长,可以减小衍射的影响。

C.高速电子束物质波的波长更短,可以增大衍射的影响。

D.高速电子束物质波的波长更长,可以增大衍射的影响。

4.在中子衍射技术中,常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近。已知中子质量 m = 1.67×10-27

kg,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,据此可以估算出德布罗意波长λ=1.82×10-10 m的热中子的动量的数量级可能是( D )。

A.10-kg·m/s B.10kg·m/s C.10kg·m/s D.10kg·m/s 5.频率为ν的光子，德布罗意波长为λχ能量为E，则光的速度为( AC ) A. Eλ/h B. pE C. E/p D. H2/Ep (5)内容小结：

-20-2417-18

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(6)课后作业：

1.完成课本“问题与练习”作业。

2.重新认识显微镜的分辨率的问题。

第三部分

教后分析

1.教学目标基本达成，知识的落实比较到位。

2.过程较为单一，教师占用时间长，一节传统的教学课，学生活动太少，没有充分调动学生的积极性。

3.对德布罗意波的思维过程分析的到位，德布罗意如何导出物质波的频率与波长公式是在能量子、光子动量公式的一个逆向应用，使学生感到科学并不神秘，而是长期艰苦工作与灵感相结合的结果。

4.亮点：电子衍射的动画制作较为成功，演示的效果明显。

5.需要改进的地方：吸收新的教学方式，及时跟进课改。

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