3　粒子的波动性优质课教案

南京师范大学苏州实验学校高中部选修3-5[人教版]

第十七章

波粒二象性

17.3 粒子的波动性

★新课标要求

（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。

★课时安排

1 课时

★教学过程

（一）引入新课

活动：观看视频：电子显微镜下白细胞追杀体内的细菌病毒。

提问：在上面的视频中，我们使用电子显微镜清楚地观察到白细胞对细菌病毒穷追不舍。生物课上我们也曾使用光学显微镜观察微小物体，这两种显微镜有什么区别？电子怎么可以

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替代光在显微镜中起作用？电子及其它微粒难道像光一样，具有波动性？学完本节课，我们就明白了。

点评：激发学生学习兴趣，让学生迅速融入课堂。

（二）进行新课

1、光的波粒二象性

教师：首先我们回顾下人类对光的认识历程，看看光的本性究竟是什么？

师生一起回顾历史，围绕关于光的两种认识：粒子说和波动说，进一步总结出：光是一种物质，它既具有粒子性，又具有波动性，光具有波粒二象性。

点评：通过学生归纳总结形成结论，教师再进行讲解，学生容易接受。充分注重知识的学生自主形成过程。

2、光子的能量与频率以及动量与波长的关系。

hv

ph/

说明：通过上面两式我们可以感觉到普朗克常量的重要性，它架起了粒子性和波动性的桥梁。

点评：让学生带着问题阅读，提高阅读的效率，培养学生从课文材料中提取有关信息的能力。

3、粒子的波动性

教师：光的波粒二象性被发现后，许多著名的科学家感到困惑。但德布罗意受到启发，以类比的方式大胆把光的波粒二象性推广至实物粒子，提出“物质波”概念。

提问：德布罗意何许人也？网络上关于他的故事很多，答题上都在说他是个纨绔子弟不学历史竟跨界量子物理，不学无术还差点毕不了业。只能靠拼爹走后门，东拼西凑够一页纸论文，便混得博士学位。剧情反转，论文被爱因斯坦看中，还拿下诺贝尔物理学奖。

为什么这个版本故事最广为人知？因为大家都偏爱不走寻常路的天才人物。但是德布罗意真的是浪得虚名吗？

展示演示文稿资料：有关德布罗意的生平介绍及他的物质波理论发现过程。

点评：面对网络暴力，大量剑走偏锋的不实报道混淆视听，不利于学生正确价值观的建立。通过这个环节设置，去伪存真，帮助学生明辨是非，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

hhE＝

pmvp提问：各物理量的意义？

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学生回答：为德布罗意波长，h为普朗克常量，p为粒子动量。

点评：对物理原理公式的理解关键在于对各物理量意义的理解。

例题：电子动能Ek=100 eV，子弹动量p = 6.63×106 kg·m·s-1, 分别计算它们的德布罗意波长。

引导学生分析，学生解答：根据公式h/p计算得1.23×10-10m和1.0×10-40m。

点评：活学活用，巩固所学。

教师：理论是否正确，说到底还得需要实验验证。同学们思考下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。通过上面的例题我们可以看出对于宏观物体，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，其德布罗意波波长为10易事。

点评：让学生知受实际条件的限制而使很多理论在开始都处于假设阶段，不易被人们接受。通过具体计算使学生对实物粒子的德布罗意波长有感性认识，进一步理解实物粒子波动性验证的困难。

展示演示文稿资料：电子波动性的发现者———戴维森和小汤姆逊

（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）

学生阅读有关物理学历史资料，了解物理学有关知识的形成建立和发展的真实过程。

点评：应用物理学家的历史资料，不仅有真实感，增强了说服力，同时也能对学生进行发放教育，有利于培养学生的科学态度和科学精神，激发学生的探索精神。

教师：讲述电子衍射实验：1927年，两位美国物理学家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。

学生了解更具体的相关历史资料。

点评：增加真实感，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。

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。

－10m数量级，找与之相匹配的障碍物也非

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点评：引用更多实验事实来增强对理论的证明。

5．科学成就推动技术进步

教师：因为物质微粒具有波粒二象性这一理论得到公认，也促进了科学技术进步，促成了电子显微镜的发明。

图片展示：电子显微镜下，真实世界的另一种模样。

学生阅读课本材料：显微镜的分辨本领，小组讨论思考以下问题：

1、从减轻衍射影响这方面，电子显微镜采用了什么途径？

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

学生通过合作交流，探讨得到：

1、电子显微镜采用减小波长的方式来减轻衍射现象。

2、用质子流工作的显微镜分辨本领更好，因为质子的质量更大。

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。小组合作方式更加促进了学生了对知识的理解深度和广度，有利学生全面发展。

（三）课堂小结

教师活动：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。

点评：反思小节为学生提供本节内容的主要知识框架，有利于学生对所学知识的及时巩固和知识重点的把握。

（四）课堂小练

1．下列说法中正确的是

(

) A、物质波属于机械波

B、只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性

C、德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子, 大到行星、太阳都有一种波和它对应，这种波叫物质波

D、宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性

2．下列说法正确的是

（

）

A、有的光是波，有的光是粒子

B、光子与电子是同样的一种粒子

C、光的波长越大, 其波动性越显著：波长越短，其粒子性越显著

D、γ射线具有显著的粒子性，而不具有波动性

点评：加深对课堂所学知识的理解和掌握，联系实际对所学内容进行应用。

★教学体会

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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）对于难以理解的粒子的波动性，并且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。