3　粒子的波动性ppt配套教案板书设计

17.3

粒子的波动性

学习目标：

1.知道光的波粒二象性,感受微观领域的复杂性。

2.知道德布罗意假设的内容及公式表达,领会对称性思维在科研中的运用。

3.了解物质波的实验验证,感受实验研究的重要作用。

重点难点:实物粒子的波粒二象性,德布罗意波长和粒子动量关系。

教学建议:本节属于常识性介绍知识,建议在学生自学的基础上再进行讲解讨论。教学中,建议对光的本性认识的历史过程的简单回顾,引入光的波粒二象性理论。重点讲解德布罗意如何受到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的启发,大胆地以类比方法提出实物粒子也具有波粒二象性的假设,并提出德布罗意波的概念。进而介绍物质波的实验验证,再让学生通过对“科学漫步”材料的阅读体会科学成就对技术进步的影响。

导入新课:人类对事物的认识是不断进步并螺旋上升的,对光的本性认识也不例外,从牛顿的“微粒说”到惠更斯的波动说,又从麦克斯韦的光的电磁理论到爱因斯坦的光子理论,是否爱因斯坦又回到了牛顿时代?如果现在再问光到底是什么,你如何解释呢?

知识梳理：

1.光的波粒二象性

光的干涉和衍射现象说明光具有①波动性,②光电效应和③康普顿效应说明光子具有粒子性。光子既有粒子的特性,又有波的特性,即光具有④波粒二象性。 2.粒子的波动性

(1)德布罗意假设的内容是⑤实物粒子也具有波动性。

(2)德布罗意波的频率⑥ν=,波长⑦λ=

。

3.物质波的实验验证

1927年⑧戴维孙和⑨汤姆孙利用晶体做了⑩电子束衍射的实验,得到了衍射图样。

学习交流

1.为什么说普朗克常量h是架起粒子性与波动性的桥梁?

解答:根据爱因斯坦的光子理论可知,光子的能量为ε=hν,光子的动量为p=,而物理量ε和p描述光的粒子性,物理量ν和λ描述光的波动性,所以说h架起了粒子性与波动性的桥梁。

2.怎样理解物质波?是不是所有运动的物体都有物质波?

解答:任何一个运动着的物体,小到电子、质子,大到行星、太阳,都有一种波与它对应,这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波,也称物质波。

3.科学家最早通过什么实验验证物质波的存在?

解答:利用晶体做了电子束衍射的实验,得到了衍射图样,从而证实了电子的波动性。

重难点探究：

主题1:光的波粒二象性

情景:我们学习了有关光的一些特性和相应的事实表现,如:光能发生干涉、衍射现象,表明光具有明显的波动特征,光电效应和康普顿效应又表明光具有粒子性。阅读课本中“光的波粒二象性”的内容,思考并回答下列问题。

问题:怎样来认识光的本质?

解答:光的干涉、衍射现象说明光具有波动性,光电效应和康普顿效应又说明光具有粒子性,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。光子的能量与频率以及动量与波长的关系是ε=hν,p=。

知识链接:光的波动性多表现在传播过程中,粒子性多表现在与物质相互作用中。

主题2:粒子的波动性

情景:有一位伟大的科学家大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子。阅读教材中“粒子的波动性”的内容,思考后回答下面的问题。

问题:这位科学家是谁?他提出了怎样的假设?他运用了怎样的思维方法?

解答: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。他认为实物粒子也具有波动性。这种波被称为物质波,也叫德布罗意波。物质波波长λ==

。他根据光波具有粒子性想到粒子也应有波动性,这是对称思维的运用。

知识链接:德布罗意假说是以类比的方法对光子的波粒二象性的一种推广。

主题3:物质波的实验验证

情景:根据物质波波长公式λ=

=知,宏观物体的波长比微观粒子的波长小得多,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。就是微观粒子的电子,找与之相匹配的障碍物也非易事。阅读教材中“物质波的实验验证”的内容,回答下列问题。

问题:(1)为什么很难观察到实物粒子的波动性?

(2)科学家最终是怎样观察到电子的波动性的?

解答:(1)干涉和衍射是波动性的典型现象,但计算出的实物粒子的波长都很小,要想观察到明显的衍射现象就必须有足够小的狭缝或障碍物,但现实世界中很难找到,所以很难观察到实物粒子的波动性。

(2)从观察伦琴射线衍射的实验中得到启发,1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体中排列规则的物质微粒作为衍射光栅,成功地观察到了电子的衍射,从而证实了电子的波动性。

知识链接:由于物质波的波长很小,用来显示波动性的狭缝或障碍物的线度要足够小。

基础检测：

1.(考查物质波的提出)提出物质波假设的科学家是(

)。

A.普朗克

B.爱因斯坦

C.德布罗意

D.汤姆孙

2.(考查波粒二象性)关于物质的波粒二象性,下列说法中不正确的是(

)。

．．．A.不仅光子具有波粒二象性,一切运动的微粒都具有波粒二象性

B.运动的微观粒子与光子一样,当它们通过一个小孔时,都没有特定的运动轨道

C.波动性和粒子性,在宏观现象中是矛盾的、对立的,但在微观高速运动的现象中是统一的

D.实物的运动有特定的轨道,所以实物不具有波粒二象性

3.(考查粒子的波动性)为了观察到纳米级的微小结构,需要用到分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜。下列说法中正确的是(

)。

A.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光的短,因此不容易发生明显衍射

B.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光的长,因此不容易发生明显衍射

C.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光的短,因此更容易发生明显衍射

D.电子显微镜所利用电子物质波的波长可以比可见光的长,因此更容易发生明显衍射

4.(考查对物质波的计算)在中子衍射技术中,常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近。已知中子质量m=1.67×10

kg,普朗克常量h=6.63×10

J·s,据此可以估算出德布-27-34罗意波长λ=1.82×10 m的热中子的动量的数量级可能是(

)。

-10A.10 kg·m/s

B.10 kg·m/s C.10 kg·m/s D.10 kg·m/s

知识拓展：

-20-24-17-18拓展一:光的波粒二象性

1.对于光的波粒二象性的说法中,正确的是(

)。

A.一束传播的光,有的光是波,有的光是粒子

B.光子与电子是同一种粒子,光波与机械波是同样一种波

C.光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的

D.光是一种波,同时也是一种粒子,在光子的能量ε=hν中,频率ν表示的是波的特性

2.有关光的本性的说法正确的是(

)。

A.微粒说、波动说、光子说都说明了光的本性

B.光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念上的波,也可以看成微观概念上的粒子

C.光的干涉、衍射现象说明光具有波动性,光电效应说明光具有粒子性

D.在光的双缝干涉实验中,如果光通过双缝则显示出波动性,如果光只通过一个缝则显示出粒子性

3.求m=1.0 kg、v=50 m/s的足球和me=9.1×10 kg、ve=1.5×10 m/s的电子的德布罗意波长时,计算结果说明什么问题?

4.关于物质波,下列说法中正确的是(

)。

A.实物粒子与光子一样都具有波粒二象性,所以实物粒子与光子是本质相同的物质

B.物质波和光波都不是概率波

C.粒子的动量越大,其波动性越易观察

D.粒子的动量越小,其波动性越易观察

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