3　粒子的波动性教学目标

第三节 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。

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。

3、知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。

（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、通过相关理论的实验验证，使学生逐步形成严谨求实的科学态度。

3、通过了解电子衍射实验，使学生了解创造条件来进行有关物理实验的方法。

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（科学家介绍，本节知识结构）。多媒体教学设备。

教学过程：

（一）名人回顾，引入新课

有记者曾问英国物理学家、诺贝尔获奖者布拉格教授：光是波还是粒子？

布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休息。”

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教师：通过布拉格教授的回答,谁能说说光到底是什么？

学生思考后回答：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。（可能还有相关答案）

教师：在学习光的本质前，同学们一起来了解下光学发展史。

（二）新课教学

1、光的波粒二象性

由关键的理论与实验讲述人类对光认识的历程。

光的波粒二象性：光既具有粒子性，又具有波动性。

2、光子的能量与频率以及动量与波长的关系

hv ph/

受此启发，人们想到：同样作为物质的实物粒子(如电子、原子、分子等)是否也具有波动性呢？

3、粒子的波动性

学生阅读课本“粒子的波动性”。

提问：谁大胆地将光的波粒二象性推广到实物粒子？只是因为他胆大吗？

学生回答：法国科学家德布罗意考虑到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的2

成功，大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子。

展示演示文稿资料：有关德布罗意。

点评：使学生了解对知识理论的推广和假设并不是一味的凭空猜想，而是有一定的理论或事实基础。

（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

h hv

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。

4、物质波的实验验证

由于德布罗意博士论文独创性，得到了答辩委员会的高度评价，但是人们总觉得他的想法过于玄妙，无法接受。于是，有人质问：有什么可以验证这一新的观念？

提问：如果你是德布罗意，将如何验证物质波？ 学生：既然是波就应该具有波的特性----干涉、衍射。

提问：产生明显的衍射条件是什么? 学生：缝、孔的宽度或尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。

教师：根据德布罗意波公式计算，速度为4×107m/s的电子，其波长为1.8×10-11m。找这么小的缝和孔就比较困难了。不过科学家发现这样的波长和X射线波长很接近。而X

射线照在晶体上可以产生衍射。如果电子打在晶体上也能观察衍射。那就可以证实物质波了。 展示演示文稿资料：戴维森和小汤姆逊的电子衍射实验、1961年琼森做了电子双缝实验。

（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）

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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。

阅读P39科学漫步：显微镜的分辨本领。回答后面的问题。

点评：对所学知识进行拓展，加强对实际生产生活应用的联系。

学生：增大缝、孔的尺寸，减小波长。电子显微镜采用了减小波长的方法。质子流显微镜分辨本领更高。

例1、试估算一个50kg的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

h6.631034m1.91036mp507例2、(1)具有100 eV动能的电子,其动量P=5.4×10-24kg.m.s-1 ; (2)子弹动量p=6.63×106 kg.m.s-1.求德布罗意波长。

解： (1)因电子动能较小，速度较小，可用非相对论公式求解。

h6.631034101.2310m24p5.410

34h6.6310(2)子弹:

1.01040m6p6.6310（三）课堂小结

让学生自己总结本节课所学内容并与同学交流。

（四）布置作业

完成“问题与练习”中的题目。

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