3　粒子的波动性优质教案设计

17.3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）知道德布罗意假说的内容，公式表达；

（3）了解德布罗意波（物质波）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、难点

重点：知道德布罗意波，会计算德布罗意波波长，理解实物粒子同样具有波动性。

难点：实物粒子波动性的理解。

教学方法

教师引导－学生回答－练习计算－归纳总结

教学用具

课件：PP演示文稿（科学家介绍，本节知识结构）；多媒体教学设备。

课时安排

1 课时

教学过程

（一）引入新课

上节课我们学习了光电效应和康普顿效应，这两个现象都说明了光具有粒子性。于是我们就会很自然地想，粒子是不是也具有波动性呢？

今天我们就来学习这一章的第三节《粒子的波动性》（板书）。

（二）进行新课

1．光的波粒二象性

人类对光认识的历史过程

──

一部科学史诗

教师引导讲解，学生自由发言，教师引导归纳，同时多媒体辅助

问题：光的发展史(光的本性) ①十七世纪光的微粒说(代表人物---牛顿)：光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀介质中以一定的速度传播，能解释光沿直线传播、光的反射现象等。

②同时期光的波动说(代表人物---惠更斯) ：认为光是一种波，在实验中观察到了光的干涉和衍射现象，这是波动的特征，微粒说无法解释。

③光的电磁说(十九世纪：代表人物---麦克斯韦) 麦克斯韦认为光是一种电磁波,赫兹用实验证实了

光的电磁本性。

④19世纪末赫兹等又发现了---光电效应现象，用波动说无法解释。

⑤爱因斯坦于20世纪初提出了光子说，认为光具有粒子性，从而解释了光电效应。

从笛卡儿两种假说到牛顿与胡克、牛顿与惠更斯粒子说与波动说之争，再到麦克斯韦、赫兹、普朗克和爱因斯坦的对光的进一步认识。在新的事实与理论面前，终于以光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性而画一下圆满的句号。（板书）

原来相互矛盾的两种学术，后来发现只是一个事的两个表现形式，并非有此无彼，而是彼中有我，我中有你，最后以爱因斯坦提出的“光具有波粒二象性”而落下了帷幕。为此爱因斯坦获得了诺贝尔物理学奖。

普朗克常量──粒子性、波动性之间的桥梁

以上两个公式中ε和p是物质所具有的粒子性的重要物理量，而是波长与频率是波动性的典型物理量，所以两式左侧是粒子性，而右侧却是波动性，它们通过普朗克常量h联系，可见光的波动性与粒子性并不矛盾。光的波动性和粒子性是一对矛盾的两个方面，彼此含有对方的成份，共存于光的统一体中。

2．粒子的波动性

（1）德布罗意提出实物粒子具有波动性的假设（体会德布罗意从类比和对称性思考的科学思想方法）

19世纪以来，光学上注重波动方面的研究，忽视了粒子方面的研究；而实物粒子的研究上，是否发生了相反的错误？体会德布罗意从类比和对称性思考的科学思想方法。

问题：“相反的错误”指什么？

生：实物粒子的研究只注重了粒子性，而忽视了波动性。

（2）德布罗意假说──科学的狂想曲，回答问题：

问题：德布罗意假说的内容？

生：实物粒子也具有波动性；每一个运动的粒子都与一种波对应。

问题：物质波的概念？

生：与实物粒子相联系的波──德布罗意波。

问题：物质波的频率、波长公式？

生：

，

3．物质波的实验验证

问题：如何验证德布罗意假说？

生：如果能观察到实物粒子的干涉、衍射等波的特有现象，可验证实物粒子具有波动性。

问题：发生明显衍射的条件？

生：障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或者比波长还要小。

找学生上黑板，应用德布罗意波能量、动量关系式计算子弹及电子的波长。

计算：一个质量为0．01kg，速度为300m/s的子弹，对应的德布罗意波长？

解析：

问题：为什么不易观察到宏观物体的波动性？

计算：一个原来静止的电子，经过100v的电压加速后，对应的德布罗意波长？

解析：，，

问题：分子直径的数量级？与上面计算出的电子波长数量级相当吗？师点拨：电子的德布罗意波长与分子直径相当，电子束照到晶体上，两晶格的狭缝可使电子发生明显的衍射。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。

观察电子束的衍射图样与X-射线晶体衍射图样相似。

点评：通过具体计算使学生对实物粒子的德布罗意波长有感性认识，进一步理解实物粒子波动性验证的困难。

说明：由计算结果知，通常生活中观察不到实物波动特性征的原因。

展示演示文稿资料：电子波动性的发现者——戴维孙和汤姆孙

（电子波动性的发现,使得德布罗意由于提出实物粒子具有波动性这一假设得以证实,并因此而获得1929年诺贝尔物理学奖.而戴维森和小汤姆逊由于发现了电子的波动性也同获1937年诺贝尔物理学奖）

学生阅读有关物理学历史资料，了解物理学有关知识的形成建立和发展的真是过程。

点评：应用物理学家的历史资料，不仅有真实感，增强了说服力，同时也能对学生进行发放教育，有

利于培养学生的科学态度和科学精神，激发学生的探索精神。

学生了解更具体的相关历史资料。

点评：增加真实感，使学生初步体会如何创造条件进行科学实验探索，体会其中的奇妙之处。

讲述：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。

（三）课堂小结

教师活动：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。注意对光的本质的全面把握。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。

点评：反思小节为学生提供本节内容的主要知识框架，有利于学生对所学知识的及时巩固和知识重点的把握。

（四）布置作业

1.阅读教材P39科学漫步，了解显微镜的分辨本领；

2.完成教材P40 “问题与练习”中各题。

点评：加深对课堂所学知识的理解和掌握，联系实际对所学内容进行应用。

（五）板书设计

备课体会

本节课作为近代物理部分内容，比较抽象，学生没有生活经验和感观认识，也没有演示实验可以做，在课堂上注意以学生为主导，通过补充的一些史料，加深学生感受，让学生阅读思考后归纳得出结论，同样能收到好的效果。

本节课的设计不仅关注知识及知识的形成过程，更注重科学素质的培养，也关注情感态度价值观方面的东西。教师通过对光的本质的认识这一线索，对光的有关知识进行重新复习，对光的粒子性与波动性有一个系统的全面的认识。通过光子能量公式、动量公式，两式左侧是粒子性，而右侧却是波动性，以及联系量普朗克常量h，从理论上光波与粒子之间的联系。再利用实验和物理学史对物质波动性的深入探究，从德布罗意波的提出、验证、物质波理论的形成到诺贝尔物理学奖的获得。不但学到了许多知识，更重要的是让学生明确科学的探究是不断的深入的，理论是在不断发展的，了解到人类直接经验的局限性和曲折历程，渗透辩证的思想特别是培养了敢于创新，勇于实践，实事求是科学的精神和科学态度以及类比法、实践法等科学的方法，同时意识到科学有价，意识到物质世界尽管千差万别，却又有共同的规律──波粒二象性，这大大的扩展和深化了人们对物质世界的认识，并为进一步研究微观世界提供了思想武器。整节课力图体现学生主体意识，问题意识，建构意识，保护学生的学习兴趣，采用启发性教学，重视科学探究，注重科学素质的培养。