3　粒子的波动性优质课教案设计

粒子的波动性教学设计

弥勒市第四中学

王石

【教材分析】

本节教材涉及物质波概念的建立和物质波的实验检验等知识，突出科学家探索物质波的历程和类比思维方法的运用，是对学生进行科学思维教育的好题材，在教学中要使学生能从科学家的工作中感悟科学探究，特别是科学家如何向固有的观念、认识挑战，提出大胆的猜想和假说，如何寻找有效的方法加以验证。

学生已经学习了光的粒子性和波动性，但是实物粒子同时具有波动性和粒子性学生较难理解，在经典物理学中，物质的波动性和粒子性是互不相容的，二者是两种不同的研究对象，波和粒子这两个概念是互相排斥的，所以实物粒子波动性的理解是教学的难点。

【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。[来源:Z*xx*k.Com]

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。

三、情感、态度和价值观

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。

【教学重难点】

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】

多媒体辅助教学、问题教学、讨论教学、小组合作探究等

【教学过程】

一、情景式导入——激发学生兴趣

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。”

那么光的本性到底是什么？

二、问题式讲解——认知由浅入深

1．展示时间数轴——光学发展史

通过时间数轴展示光学发展史，引出光的波粒二象性——光具有粒子性，又具有

1

波动性。

2．讲解光的波粒二象性

3．引出德布罗意的物质波

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。

（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

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。

我们通过对两个具体实例的计算来感受它的波长大小。

【例1】试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。

【例2】(1)电子动能Ek=100 eV；(2)子弹动量p=6.63×106 kg.m.s-1, 求德布罗意波长。

由此可知：宏观低速运动的物体，其物质波波长很小，可忽略其波动效应。宏观物体的德布罗意波长小到实验难以测量的程度，因此宏观物体仅表现出粒子性。来源:]

4．物质波的实验验证

提问：粒子波动性难以得到验证的原因？

学生阅读教材后回答：宏观物体的波长比微观粒子的波长小得多，这在生活中很难找到能发生衍射的障碍物，所以我们并不认为它有波动性．作为微观粒子的电子，－10其德布罗意波波长为10m数量级，找与之相匹配的障碍物也非易事。

早在1912年（德布罗意之前12年），德国物理学家劳厄就已经提议用晶体中排列规则的物质微粒作为衍射光栅来检验x光的波动性（如图3），实验获得了成功，证明x光是电磁波。而电子的波长与x光的波长具有相近的数量级，所以德布罗意提出

2 hP

用晶体做电子衍射实验。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。

实验陆续证明了质子、中子及原子、分子的波动性，而且对这些粒子，λ=关系依然正确。德布罗意的设想最终都得到了完全的证实。实验使人们认识到德布罗意的物质波理论是正确的，而且为物质波理论奠定了坚实基础。1929年，他荣获了诺贝尔物理学奖。戴维孙和汤姆孙1937年获诺贝尔奖。奥地利物理学家薛定谔接受了德布罗意的观点，并提出了波动方程，创立了量子力学。所以德布罗意也是量子力学的奠基人之一。

5．物质波的应用

物质波的一个最重要的应用就是电子显微镜的发明．第一台电子显微镜是由德国鲁斯卡研制成功，荣获1986年诺贝尔物理奖．

从波动光学可知，由于显微镜的分辨本领与波长成反比，光学显微镜的最大分辨距离大于0.2 μm，最大放大倍数也只有1000倍左右．

自从发现电子有波动性后，电子束德布罗意波长比光波波长短得多，而且极方便改变电子波的波长，这样就能制造出用电子波代替光波的电子显微镜．

三、课堂小结——知识升华

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。。

【教学反思】

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。

1.在有关事实和已知观点基础下，归纳光的本性，培养学生注意全面把握物理规律和全面把握物理规律的能力。

2.课本材料和补充的史料让学生先行阅读，通过思考、辨析后归纳得出正确结论，比教师一人讲解更具有真实感和说服力。同时也培养了学生阅读材料提取有关信息的能力。

3