3　粒子的波动性教学设计实例

17.3粒子的波动性

【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。

【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

【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。

【教学过程】

一、引入新课

上节课我们学习的光电效应和康普顿效应说明了光的粒子性，于是就有同学提出：粒子是不是也具有波动性呢？

今天我们来学习第3节：粒子的波动性。

二、新课教学

（一）光的波粒二象性

首先，我们来回顾人们对光的认识过程。从古代光的微粒说（以牛顿为代表），到以托马斯杨和菲涅尔为代表的波动说；从麦克斯韦的电磁理论，到爱因斯坦的光子理论；人类对光的认识构成一部科学史诗。

如果现在要问光大本性是什么，我们的回答是：光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。

光的性质

波动性

粒子性

实验事实

光的干涉

光的衍射

光电效应

康普顿效应

描述的物理量

p

与

ε

是描述粒子性的，λ、v

是描述波动性的，h

则是连接粒子性和波动性的桥梁。

（二）粒子的波动性

在普朗克能量子和爱因斯坦光子理论成功基础上，1924年法国的德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，如电子、质子等。

“看似疯狂”的设想——物质波

德布罗意，法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。1923年发表了题为“波和粒子”的论文，提出了物质波的概念。

德布罗意认为，“整个世纪以来(

指19世纪

)

在光学上，比起波动方面的研究，忽视了粒子方面的研究；那么在实物的研究中，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子的图象想得太多，而过分忽略了波的现象呢？” 于是，德布罗意大胆的把光的波粒二象性推广到实物粒子。

一个质量为

m

的实物粒子以速率

ʋ

运动时，即具有以能量

ε

和动量 p

所描述的粒子性，同时也具有以频率v

和波长

l

所描述的波动性。

德布罗意关系

任何一个运动着的物体都有一种波与它相对应，这种和实物粒子相联系的

波称为德布罗意波

(

物质波或概率波

)

德布罗意波波长

想一想

做一做

：

试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波长。

称为德布罗意波长。

【典型例题】

例题1.一个质量为0.01kg、速度为300m/s的子弹，求它的德布罗意波长。

例题2.原来静止的电子，在经过100V电压加速后，求它的德布罗意波长。

（三）物质波的实验验证

教师设疑：德布罗意的假设又是如何被验证的呢？请同学们阅读教材P38页并完成学案相应内容，时间4分钟。

教师：巡回指导，提问检测 学生：回答。

教师：戴维孙和汤姆孙的实验证明了德布罗意波的存在，从而使德布罗意获得了1929年的诺贝尔物理学奖，他们为此也获得了1937年的诺贝尔物理学奖。相信大家在不久的将来

也会达到这种程度。

教师：引导学生观察视频：重温历史──电子的衍射

学生：观看视频，思考如何理解德布罗意波？

教师：播放视频中指引点拨，帮助学生理解德布罗意波。 德布罗意波理解──单个实物粒子也会表现出波动性。

（四）物质波的应用---电子显微镜

请同学们阅读教材P39页的科学漫步，时间4分钟。思考讨论一下两个问题。

1.为什么电子显微镜的分辨本领比光学显微镜的分辨本领高？

2.如果显微镜用质子流而不是电子流工作，它们加速后的速度相同，哪种显微镜的分辨本领有可能更高？

【课堂小结】

教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。

点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。

教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。

【布置作业】 完成学案

【板书设计】

17．3崭新的一页：粒子的波动性

一、光的波粒二象性

光的本性──具有波粒二象性

二、粒子的波动性

1．德布罗意波──实物粒子波。

2．德布罗意波的频率、波长公式：

三、物质波的实验验证

电子束衍射实验

物质波的应用：电子显微镜