3　粒子的波动性ppt课件课堂实录

《粒子的波动性》教学设计

永善县第一中学

钟清来

【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。[来源:学科网]

【课时安排】

1 课时

【教学过程】

一、

引入新课

复习：1.哪些现象说明了光具有波动性？

光的干涉和衍射

什么是光的衍射和干涉？

光的衍射是指光绕过障碍物偏离直线传播路径而进入阴影区里的现象。

光的干涉是指两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。

2.哪些现象说明了光具有粒子性？

光电效应和康普顿效应

什么是光电效应和康普顿效应？

光电效应是指光照射到金属上，使金属中的电子从表面逸出的现象。

康普顿效应是指在研究石墨对X射线的散射时，在散射的X射线中出现了除与入射波长相同的成分外，还有波长大于入射波长的成分的现象。

请解释爱因斯坦的光子说，并说出光子的能量和动量的表达式

光本身就是由一个一个不可分割的能量子组成的，每一个光的能量子被称为一个光子，这就是爱因斯坦的光子说。

光子能量

光子动量

二、新课教学

（一）光的波粒二象性

【自学提纲】阅读教材P37“光的波粒二象性”完成下列相应内容。

光具有能量和动量，表明光具有

。光又具有波长和频率，表明光具有

。光子说中ε=hυ ，υ是表示波的物理量，可见光子说不否定波动说。光子的动量和光子能量的比较：p=h/λ与ε=hυ，p、ε是描述的

，λ、υ是描述的

，

是架起粒子性和波动性的桥梁。

对波粒二象性的理解

1.大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性。

2.对于不同频率的光，光的波长越长、频率越低，波动性越明显；光的波长越短，频率越高，粒子性越明显。

3.光在传播过程中，波动性起主导作用（如干涉、衍射）；光与其它物质相互作用时，粒子性起主导作用（如光电效应）。

【例1】下列有关光的波粒二象性的说法正确的是（

）

A.大量光子的行为往往显示出粒子性

B.光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著

C.有的光是波，有的光是粒子

D.波粒二象性是光的根本属性，有时它的粒子性显著，有时它的波动性显著

【拓展练习1】下列说法中正确的是（

）

A.光的干涉和衍射现象说明光具有波动性

B.光的频率越大，波长越长

C.光的波长越长，光的能量越大

D.光在真空中的传播速度为3×108m/s 三、粒子的波动性

【自学提纲】是谁大胆的将光的波粒二象性推广到实物粒子，带着这一问题阅读教材P37—38“粒子的波动性”，并完成以下相应内容。

1.

德布罗意假设的内容？他提出的依据是什么？

2.

德布罗意波的概念？

3.德布罗意波的频率、波长公式？

四.德布罗意波（物质波）

De . Broglie 1923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”

德布罗意原来学习历史，后来改学理论物理学。他善于用历史的观点，用类比方法分析问题。

1924年，他考虑到普朗克量子爱因斯坦光子理论的成功在博士论文《关于量子理论的研究》中大胆地把光的波粒二象性推广实物粒子，如电子，质子等。于是他提出实物粒子也具有波动性。这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波。

爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义，誉之为“揭开一幅大幕的一角”。

法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。

他在论文中指出：

一个能量为E、动量为

p 的实物粒子同时

具有波动性，它的波长、频率

和

E、p的

关系与光子一样：

Eh

Eh

爱因斯坦

─

德布罗意关系式

ph[来源:Z_xx_k.Comhp

与粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波。



─ 德布罗意波长

【思考与讨论】为什么宏观物体观察不到波动性？试通过以下计算说明。

已知：(1)电子动能Ek=100eV，其中e=1.6×

10-19C，me=9.0×

10-31kg；(2)子弹动量p=6.63×106kg.m.s-1, h=6.63×10-34J·s。求德布罗意波长。

【思考与讨论】为什么宏观物体观察不到波动性？

由计算可知：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，很难表现出波动性，所以宏观物体只表现出粒子性，而微观粒子的波动性较显著。

【拓展练习2】试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。

五、物质波的实验验证

【自学提纲】德布罗意的假设是如何被验证的？请阅读教材P38“物质波的实验验证”，并完成以下相应内容。

跟踪训练

1 .如何验证光是一种波？

3.

如何验证德布罗意波？

4.

3.历史上有哪些成功的实验？

实验，得到了衍射图样。

1927年

和

分别利用晶体做了

【思考与讨论】请阅读教材P39“科学漫步”，试回答以下问题。

1.从减轻衍射影响这方面提高显微镜的分别本领有哪两个途径？

2.电子显微镜采用了哪个途径？

3.如果显微镜用质子流而不是电子流工作，它们加速后的速度相同，哪种显微镜的分辨本领有可能更高？

【例2】高速加速后的电子的德布罗意波的波长可以小到10m的数量级。用它观察尺度在10m数量级的微小物体时，其衍射就可以忽略不计即，从而大大提高了显微镜的分辨能力。一台电子显微镜用来加速电子的电压高达U=10V，求用它加速后的电子束的德布罗意波长。（电子的质量m=0.91×10kg）

六、小结

-306-10-12

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。

[来源:学+科+网]

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[来源:学&科&网]框架。

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？

解析：引导学生自己分析解答，点评学生的解题过程。

[来源:学科网ZXXK]

七、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》

八、板书设计

§17．3：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：

3．波粒二象性的理解：二者不可分离

粒子的波动性

1．德布罗意波──实物粒子

2．德布罗意波的频率、波长公式：

波。