3　粒子的波动性教学创新设计

《崭新的一页：粒子的波动性》教学设计

【教学目标】

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，公式表达；

（3）了解德布罗意波的验证过程。

2．过程与方法

（1）沿着物理学家的研究过程展开教学，尽量再现物理学家的思想和研究方法。

（2）通过“小练习”对比，进而理解宏观物体的波动性不明显，并找到验证物质波的方法。

3．情感态度与价值观

（1）感受人类对光认识的美好、曲折过程，欣赏物理学的对称美，体会蕴含的哲学思想。

（2）从科学家的工作中感悟科学探究：如何向固有观念挑战，提出大胆猜想和假说，如何寻找有效的方法加以验证……。

（3）培养学生的科学文化素质──科学方法、科学意识、科学精神。

【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】

实物粒子波动性的理解。

【教学方法】

学生阅读－讨论交流－教师讲解－归纳总结。

【教学用具】

课件：PP演示文稿，多媒体教学设备。

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【课时安排】

1 课时

【教学过程】

一、引入新课

大家请看窗户，上面粘有报纸，是为了遮挡什么呢？光！光究竟是什么呢？（大屏幕展示了人类对光认识的过程）从远古的微粒说到20世纪的光子说经历了一个漫长的过程，但19世纪以来，在光学上，与波动方面的研究相比，忽视了粒子方面的研究，而在实物粒子的研究上，是否也有错误的认识呢？本节课我们共同学习崭新的一页，粒子的波动性。

二、新课教学

（一）光的波粒二象性

（阅读教材P37页第一至三段并完成学案相应内容，时间3分钟）

自学提纲：（见学案）

学生：自学

教师：巡回指导，提问检测自学效果

学生：回答学案相应问题

教师设疑：我们已知道光的波粒二象性的内容，那么应该如何理解它呢？请同学们观察光子的双缝干涉图样，并完成思考与讨论。

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思考与讨论：

从图样可知单个或少量光子表现什么特性，大量光子表现什么特性？

学生：分小组讨论，

教师：巡回指导，提问检测

学生：个别或少量光子易显示出光的粒子性；大量光子显示出波动性。

点拨归纳：光的波粒二象形的理解

个别或少量光子易显示出光的粒子性，大量光子显示出波动性；波动性、粒子性都是光的本身属性,不可分离。

跟踪训练

★1．下列现象说明光具有波粒二象性的是（

）

A．光的偏振和干涉

B．光的衍射和干涉

C．光的干涉和光电效应

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D．光的衍射和康普顿效应

（二）实物粒子的波动性

教师设疑：谁大胆地将光的波粒二象性推广到实物粒子的？带着这一问题阅读教材，并完成学案相应内容，时间3分钟。

自学提纲：（见学案）

学生：自学。

教师：巡回指导，提问检测自学效果。

学生：回答学案相应内容。

教师：类比的方法是研究问题的基本方法，希望大家在以后的学习中应用。

总结：德布罗意的总结──承上启下。

德布罗意假设──实物粒子也具有波动性；每个运动的粒子都与一个对应的波相联系。

德布罗意波──与实物粒子相联系的波，也叫物质波。

强调：任何物体，小到电子大到太阳都是实物粒子。

德布罗意波的频率公式──

德布罗意波的波长公式──

学生：朗读小结内容1分钟，达到熟背，并说出各个字母的物理意义。

跟踪训练（请一位同学到黑板演板）

★2．一质量为0．01 kg，速度为300 m/s的子弹，则它的德布罗意波长为多大？

思考与讨论：

通过上题的计算，说一说为什么我们没有观察到宏观物体的波动性？

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学生回答：宏观物体的德布罗意波长非常小，远远小于障碍物的尺寸。

（三）物质波的实验验证

教师设疑：德布罗意的假设又是如何被验证的呢？请同学们阅读教材P38页第五至九段内容并完成学案相应内容，时间4分钟。

自学提纲：（见学案）

教师：巡回指导，提问检测

学生：回答。

教师：戴维孙和汤姆孙的实验证明了德布罗意波的存在，从而使德布罗意获得了1929年的诺贝尔物理学奖，他们为此也获得了1937年的诺贝尔物理学奖。相信大家在不久的将来也会达到这种程度。

教师：引导学生观察视频：重温历史──电子的衍射

学生：观看视频，思考如何理解德布罗意波？

教师：播放视频中指引点拨，帮助学生理解德布罗意波。

德布罗意波理解──单个实物粒子也会表现出波动性。

★小结

教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本

上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。

点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。

教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。

巩固提高

★1．下列说法正确的是（

）

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A．只有大量电子才能表现波动性

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

★2．一个电子和一个质子具有同样的动能时，它们的德布罗意波长那个大？

解析：引导学生自己分析解答，点评学生的解题过程。

★布置作业：

教材P40页问题与练习第1、3题

★课后阅读：教材P39页《科学漫步──显微镜的分辨本领》

★板书设计

§17．3崭新的一页：粒子的波动性

光的波粒二象性

光的本性──具有波粒二象性

光子能量和动量表达式：

粒子的波动性

1．德布罗意波──实物粒子

波。

3．波粒二象性的理解：二者不可分离

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2．德布罗意波的频率、波长公式：

实验验证

成功实验：戴维孙

电子束衍射实验

汤姆孙

附录：

《17．3崭新的一页：粒子的波动性》学案

设计人：徐建强

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，公式表达；

3．了解物质波的验证过程。

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。

难点：实物粒子的波动性的理解。

自学指导：

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一、光的波粒二象性

自学提纲（阅读教材P37第一至三段并完成以下内容，时间3分钟）

1．光的干涉和衍射现象说明光具有

性，

效应和

效应说明光子具有粒子性。

2．光子既有粒子的特性，又有波的特性；即光具有

二象性。

3．光子的能量ε=

，光子的动量P=

；

架起了粒子性与波动性的桥梁。

引导观察：光子的双缝干涉图样

思考与讨论：

从图样可知单个或少量光子表现什么特性，大量光子表现什么特性？

点拨归纳：光的波粒二象性的理解

个别或少量光子易显示出光的粒子性；大量光子显示出波动性,波动性、粒子性都是光的本身属性, 不可分离．

跟踪训练

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★1．下列现象说明光具有波粒二象性的（

）

A．光的偏振和干涉 B．光的衍射和干涉

C．光的干涉和光电效应 D．光的衍射和康普顿效应

二、实物粒子的波动性

自学提纲：（阅读教材P37第四至七段并完成以下内容时间3分钟）

1．

德布罗意假设的内容？他用什么方法提出的？

2．德布罗意波的概念？

3．德布罗意波的频率，波长公式？

强调：任何物体，小到电子、质子大到太阳都是实物粒子。

跟踪训练

★2．一质量为0．01kg，速度为300m/s的子弹，则它的德布罗意波长为多大？

思考与讨论：通过上题的计算说一说，为什么不易观察到宏观物体的波动性？

三、物质波的实验验证

自学提纲：（阅读教材P38第五至九段内容并完成以下内容时间4分钟）

1．如何验证光是一种波？

2．如何验证德布罗意波？

3．历史上有哪些成功的实验？1927年

和

利用晶体做了

的实验，得到了衍射图样。

点拨：单个实物粒子也会表现出波动性。

四、小结

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总结出本节课所学内容：

巩固提高

★1．下列说法正确的是（

）

A．只有大量电子才能表现波动性

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

★2．一个电子和一个质子具有同样的动能时，它们的德布罗意波长那个大？

[课后阅读] 教材P39页《科学漫步──显微镜的分辨本领》

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