3　粒子的波动性主要内容及教案内容

17.3 粒子的波动性

一、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

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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。 二、重点难点

教学重点：知道德布罗意波及德布罗意波波长计算粒子同样具有波动性。教学难点：理解德布罗意波（物质波）及表现规律。

三、教具准备

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四、教学过程与教学内容

1、人类对光认识的历史过程

──

一部科学史诗

①十七世纪初笛卡儿两种假说：光是类似于微粒的一种物质光是一种以“以太”为媒质的压力。

②十七世纪光的微粒说(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，能解释光的反射现象、析射现象。

③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。

④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.光是电磁波的主要依据：①传播都不需介质.②都是横波.③在真空中传播速度相同。

⑤19世纪末赫兹等又发现了---光电效应现象，用波动说无法解释。

⑥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，终于以光即具有波动性，又有粒子性即光具有波粒二象性而画一下圆满的句号。

2

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。

3、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）——与实物粒子相联系的波──德布罗意波。物质波的频率、波长公式： [

，

4、物质波的验证（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。）

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：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。

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。

5、学生看书了解这一历史过程，并观察电子束的衍射图样与X-射线晶体衍射图样相似。

电子束通过铝箔时的衍射图样 弗兰克林拍摄的DNA的X射线衍射照片

五、课堂小结

通过光子能量公式、动量公式，两式左侧体现粒子性，而右侧体现波动性，以及联系量普朗克常量h，从理论上寻找光的波动与粒子之间的联系。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，