3　粒子的波动性教学设计第二课时

§17.3 粒子的波动性

教学目标

（一）知识与技能

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。

（二）过程与方法

1．了解物理真知形成的历史过程。[来源:Z*xx*k.Com]

2．了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性。

（三）情感、态度与价值观

1．通过学生阅读和教师介绍讲解，使学生了解科学真知的得到并非一蹴而就，需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正与修正。

2. 培养学生严谨的科学态度，正确地获取知识的方法

教学重点:实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系。

教学难点:实物粒子的波动性的理解。

教学过程

（一）引入新课

提问：前面我们学习了有关光的一些特性和相应的事实表现，那么我们究竟怎样来认识光的本质和把握其特性呢？

更倾向于哪种学说呢？

学生各抒己见，畅谈对光的认识（波动说和粒子说），分别举出有关光的干涉衍射和光电效应等实验事实）。

小结：光是一种物质，它既具有粒子性，又具有波动性。在不同条件下表现出不同特性。原来我们不能片面地认识事物，能举出本学科或其他学科或生活中类似的事或物吗？（化学领域物质的酸碱性问题）

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（二）进行新课

1、光的波粒二象性

在学生的辨析说明下进行归纳整理。

（1）我们所学的大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。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：hv

ph/ 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。

投影“史上最牛科学家合影”是1927年第五届索尔维会议参加者，介绍一位年轻人：德布罗意。

2、粒子的波动性

受到光的波粒二象性的启发，有人提出了新的大胆的猜想，德布罗意人物介绍。学生根据自己查阅的资料谈谈德布罗意其人。（学生搜集资料： 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”。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......）

法国科学家德布罗意从对比的对称性思考的科学思维方法出发，提出大胆猜

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想：光波具有粒子性，那粒子是否具有波动性呢？大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子。人类认识自然界的过程中有过类似的思维方法吗？（电生磁，磁生电）

（1）德布罗意波

实物粒子也具有波动性，这种波称之为物质波，也叫德布罗意波。

（2）物质波波长λ=h/p

提问：各物理量的意义？

学生回答：为德布罗意波长，h为普朗克常量，p为粒子动量。

讲述：当时这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？让学生带着问题阅读课本有关内容，为什么德布罗意波观点很难通过实验验证？又是在怎样的条件下使实物粒子的波动性得到了验证？[来]

3．物质波的实验验证

为什么大家能接受光的波粒二象性，而不能接受粒子的波粒二象性呢？

缺少实验验证。光的粒子性有光电效应、康普顿效应支持；光的波动性有光的干涉、衍射实验支持。

提问：粒子波动性难以得到验证的原因？

学生猜想：宏观物体的波长比微观粒子的波长小得多，这在生活中很难找到能发生衍射的障碍物，所以我们并不认为它有波动性．

感受物质波大小，动手实践：一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？如果有波长多大？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 hλ=p=1.9×10－36m 估算结果表明，宏观物体的波长小到实验难以测量的程度，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。可见，只有微观粒子的波动性较显著。

对比子弹和电子的德布罗意波长，见下图。

电子的德布罗意波长接近X射线的波长，1912年，物理学家劳厄利用晶体排

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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射线波段列规则的物质微粒作为衍射光栅，检验伦琴射线的波动性取得成功。

C.J.戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验。

1927年汤姆孙观察了电子束透过多晶薄片的衍射现象.

1961年,C.约恩孙让电子束通过单缝、多缝的衍射图样.

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，德布罗意因发现电子波而荣获诺贝尔物理学奖。

除了电子以外，后来还陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性。有理有据的证实了一切粒子都具有波动性的猜想。而且对于这些粒子德布罗意给出的德

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布罗意关系同样正确。至此物质具有波粒二象性观点竖立起来了，物质要么是粒子，要么是波的观点被破除了。

关于科学漫步“显微镜的分辨本领”的思维探究。

1关于光学显微镜分辨本领的讨论。

2关于衍射极限的探讨。

3电子显微镜的出现。

（三）学生谈谈本节课的收获：

本节课我们学习了光的本质，即光是一种物质，它既具有粒子性，又具有波动性。在不同条件下表现出不同特性。学习了得到实验事实验证的实物粒子波动性，其对应的波称之为物质波，注意掌握物质波的计算公式。体验用科学家的方法思考问题，考虑问题不能片面。“对旧知识的熟知和对新事物的敏感是一个人创造力的基础和源泉。”_网]

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