3　粒子的波动性优质课教案推荐

选修3-5第十七章波粒二象性

第三节

粒子的波动性

学校：长安区第六中学

姓名：姜华

邮编：710100 电话：85886337

设计思路：

通过前两节课的学习，学生知道了光具有波粒二象性。

通过复习引出本节课的内容。

首先提出假设：光具有波粒二象性，那么微观粒子和任何运动着的物体不仅具有粒子性，也应该具有波动性。得出物质波（德布罗意波）的概念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长λ=h/p 。

接着通过实验验证：利用晶体中排列的物质微粒作为光栅，观测到电子的衍射、干涉图像，证明了实物粒子具有波动性 最后将结论推广：一切实物粒子都具有波动性。通过计算，总结出：宏观物体的波长太短了，波动性不明显而粒子性表现明显，微观物体波动性明显。

三维目标

（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 .通过物质波理论得出过程，让学生体会物理学研究的基本方法是以实验为基础。 2．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，使学生了解科学知识、科学真理的得出是需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正与修正。使学生养成探索知识高峰的勇气和毅力。 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。 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 复习讨论—提出问题—实验验证—理论验证—结论推广

课时安排 1 课时

教学过程 （一）引入新课 提问：前面我们学习了有关光的一些特性和相应的事实表现，那么光的本性是什么？同学们回答，同时举出相应的事实基础？

学生思考回答：通过光的干涉、衍射现象说明光具有波动性；

光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性。所以说光具有波粒二象性。

（二）进行新课 1、光的波粒二象性

教师讲述：光的波粒二象性。 （1）我们所学的大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。

光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。 （2）光子在空间各点出现的概率遵从波动规律，物理学中把光波叫做概率波

2、光子的能量与频率以及动量与波长的关系。 提问：光子满足的关系式是什么？

学生答：（1）

= h

（2）

P = h/

能量和动量P是描述粒子性；布朗克常量h、波长是描述波动性。可看出布朗克常量是连接粒子性和波动性的桥梁、纽带。

让学生找到更多的关系公式：ph/＝hv/v/c学科

提问：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？ 学生阅读课本“粒子的波动性”。 3、粒子的波动性(提出假设) 提问：谁大胆地将光的波粒二象性推广到实物粒子？ 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成功，大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子。 （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。 PPT展示资料：有关德布罗意的猜想

：

他认为,“整个世纪以来（指19世纪）在光学上，与波动方面的研究相比，忽视了粒子方面的研究；而在实物粒子的研究上，而忽视了波的图象”

（2）. 能量为E、动量为p的粒子与频率为v、波长为的波相联系，并遵从以下关系： E=mc=hv 2 （德布罗意1929年因此论文获得诺贝尔物理学奖）

讲述：当时这一观点超出了人们的想象，不被人们所接受，历史上类似的事例我们还知道那些？ 学生回答：伽利略的两个铁球同时落地等。 使学生了解正确的知识理论往往并不是一提出就能被大家所接受的。 教师：阅读课本有关内容，思考为什么德布罗意波观点很难通过实验验证？又是在怎样的条件下使实物粒子的波动性得到了验证？ 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，其德布罗意波－10波长为10m数量级，找与之相匹配的障碍物也非易事． PPT展示资料：电子波动性的发现者———戴维森和小汤姆逊 教师讲述电子衍射实验：两位物理学家戴维森和小汤姆逊使电子束投射到镍的晶体上，得到了电子束的衍射图案．从而证实了德布罗意的假设正确性。

即

实物粒子具有波动性。

（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） 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。

5、理论推广 一切实物粒子都有波动性 后来，大量实验都证实了：质子、中子和原子、分子等实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布罗意关系。那么一个运动着的宏观物体有没有波动性呢? 例1、求质量 m = 0.01kg，速度 v = 300 m/s 的子弹的德布罗意波长？

例2、试估算一个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36m1.910m p507 计算结果表明：宏观物体的波长小到实验难以测量的程度。所以，宏观物体只表现出粒子性

例3：电子动能Ek=100eV，质量m=9.1´10-31Kg，求德布罗意波长？ 解：电子动能较小，速度较小，用公式求解：

1p22Ekmυ,

22m

p=mυ=2mEk

hh=1.23×10-10m mυp由计算结果知微观粒子的波动性较显著

一些粒子的物质波波长

粒

子

电

子

中

子

子

弹

已知条件

物质波波长

Ek=100ev

1.231010m

Ek=1ev

m0.01kgv300m.s1

m5.981024kgv公转29.8km.s10.291010m

2.211034m

地

球

3.721063m

课堂小结 本节课我们通过复习光的本质，知道它既具有粒子性，又具有波动性。在不同条件下表现出不同特性。学习了实物粒子波动性，其对应的波称之为物质波，注意掌握物质波的计算

公式。通过对不同实物粒子的波长计算总结出

：宏观物体粒子性表现明显而微观物体波动性明显。

板书设计

一、复习光的波粒二象性

二、粒子的波动性 1、提出假设：实物粒子除有粒子性，也具有波动性且满足

P = h/

（1）



= h

（2） 2、实验验证：观察到电子的衍射、干涉图像证明实物粒子具有波动性 三、结论推广：一切实物粒子都有波动性 1.宏观物体粒子性表现明显 2.微观物体波动性明显

作业：

教材40页“问题与练习”中各题，练习作答。

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，能收到好的效果。

对于难以理解的粒子的波动性，实际条件不允许进行实验验证，必须充分展示真实的历史资料，加强说服力。同时通过对历史上创造条件进行实验验证的方法学习，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，增强进行科学探索的兴趣。