粒子的波動性教學(xué)設(shè)計

鄭陽民

一、教學(xué)目標(biāo)

（一）知識與技能

1.了解光既具有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。

2.知道實物粒子和光子一樣具有波粒二象性。

3.知道德布羅意假設(shè)的內(nèi)容，公式表達(dá)。

（二）過程與方法

1.通過對物質(zhì)波的實驗內(nèi)容的學(xué)習(xí)，感受實驗研究的重要性，了解物理學(xué)研究的基礎(chǔ)是實驗事實以及實驗對于物理研究的重要性。

2.通過“小練習(xí)”對比，進(jìn)而理解宏觀物體的波動性不明顯，并找到驗證物質(zhì)波的方法。

（三）情感目標(biāo)

1.從發(fā)現(xiàn)光具有波粒二象性，到提出粒子也具有波粒二象性，再到粒子波動性的驗證，使學(xué)生從科學(xué)家的工作中感悟科學(xué)探究精神。

2.通過了解電子衍射實驗，使學(xué)生了解創(chuàng)造條件來進(jìn)行有關(guān)物理實驗的方法。

3.培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)文化素質(zhì)──科學(xué)方法、科學(xué)意識、科學(xué)精神。

二、教學(xué)重點與難點

教學(xué)重點：實物粒子和光子一樣具有波粒二象性，德布羅意波長和粒子動量關(guān)系。

教學(xué)難點：實物粒子波動性的理解。

三、教學(xué)過程設(shè)計

[導(dǎo)入新課]

創(chuàng)設(shè)情境：回顧人類對光的特性認(rèn)識和相應(yīng)的事實表現(xiàn)。

提問：前面我們學(xué)習(xí)了有關(guān)光的一些事實表現(xiàn)，談?wù)劰獾谋举|(zhì)特性是什么？請舉出相應(yīng)的事實基礎(chǔ)，

分析回答：光具有粒子性——光電效應(yīng)，康普頓效應(yīng)。光具有波動性——廣德干涉，衍射。

[新課教學(xué)]

（一）光的波粒二象性

創(chuàng)設(shè)情景：回顧光的干涉、衍射，光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)。

提問：根據(jù)實驗事實，光在不同條件下表現(xiàn)出不同特性，分析光的本性是什么？根據(jù)前面所學(xué)知識回答：光子的能量與頻率的關(guān)系、光子的動量與波長的關(guān)系。

教師指出：光有波粒二象性是一種實驗事實，但光不是經(jīng)典意義上的粒子，也不是經(jīng)典意義上的波，需要借助事實去想象。光有時表現(xiàn)出波動性，有時表現(xiàn)出粒子性，它們均反映了光的本質(zhì)的一個側(cè)面。這在宏觀世界看是矛盾的現(xiàn)象，在微觀世界，卻是統(tǒng)一的，在光身上，我們看到了波動性與粒子性的統(tǒng)一、連續(xù)性與間斷性的統(tǒng)一。

（二）粒子的波動性

教師講述：當(dāng)時的許多科學(xué)家對光具有波粒二象性還持懷疑態(tài)度時，有一位當(dāng)時正在大學(xué)讀博士的學(xué)生卻更大膽，提出實物粒子也有波動性，甚至宏觀物體也有波動性。到底是怎么回事呢？ 學(xué)生帶著下列問題閱讀37頁第二框（粒子的波動性）內(nèi)容。

1.誰大膽地將光的波粒二象性推廣到實物粒子？

2.假說的要點是什么？

3.物質(zhì)波的頻率、波長公式是什么？

4.他提出實物粒子也具有波粒二象性，屬于一種什么樣的思維方法？

引導(dǎo)結(jié)論：德布羅意受到普朗克能量子和愛因斯坦光子理論的啟發(fā)，用類比的方法提出了粒子具有波動性。

與學(xué)生一起總結(jié)：一切實物粒子都具有波粒二象性。即每一個運(yùn)動的粒子都有一個對應(yīng)的波相聯(lián)系。如果用能量ε和動量p來表征實物粒子的粒子性，則可用頻率v和波長λ來表示實物粒子的波動性。v=，λ=，其中λ為德布羅意波長，h為普朗克常量，p為粒子動量。

（三）物質(zhì)波的實驗驗證

情景：閱讀與課本有關(guān)“物質(zhì)波的驗證”的內(nèi)容。

提問1：事實上，當(dāng)時德布羅意的梨子具有波動性的觀點很難通過實驗驗證，想一想發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是什么？

提問2：要想看到例題中電子的衍射現(xiàn)象，縫的寬度要接近電子的德布羅意波長。我們在宏觀的物體中能找到這樣的縫嗎？在微觀世界中，緊密排列的分子間距有多大？讓電子通過分子間的縫隙，能否使電子發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象？

學(xué)生通過分析回答：縫或者障礙物的尺寸接近波長或者比波長小的情況下，會發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。宏觀世界中沒有這樣小的縫。分子間距數(shù)量級是10-10m。通過比較，電子應(yīng)該能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。

四、課堂小結(jié)

本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了光的本質(zhì)，它既具有粒子性，又具有波動性。在不同條件下表現(xiàn)出的不同特性。注意對光的本質(zhì)的全面把握。學(xué)習(xí)了得到實驗事實驗證的實物粒子波動性，其對應(yīng)的波稱之為物質(zhì)波，注意掌握物質(zhì)波的計算公式。

五、鞏固練習(xí)

1.下列現(xiàn)象說明光具有波粒二象性的是（ ? ）

A.光的偏振和干涉

B.光的衍射和干涉

C.光的

D.光的衍射和康普頓效應(yīng)

2.一質(zhì)量為0.01 kg，速度為300 m/s的子彈，則它的德布羅意波長為多大？思考與討論：通過上題的計算，說一說為什么我們沒有觀察到宏觀物體的波動性？

3.下列說法正確的是（ ? ）

A.只有大量電子才能表現(xiàn)波動性

B.只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀粒子才具有波動性

C.德布羅意認(rèn)為，任何一個運(yùn)動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽都有一種波和它對應(yīng)，這種波叫做物質(zhì)波

D.宏觀物體運(yùn)動時，看不到他的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀物體運(yùn)動時不具有波動性。

4.關(guān)于物質(zhì)波以下說法正確的是（ ?）

A.實物粒子具有粒子性，在任何條件下都不可能表現(xiàn)出波動性。

B.宏觀物體不存在對應(yīng)波的波長

C.電子在任何條件下都能表現(xiàn)出波動性

D.微觀粒子在一定條件下能表現(xiàn)出波動性

5.下列說法中正確的是（ ?）

A.質(zhì)量大的物體，其德布羅意波長小

B.速度大的物體，其德布羅意波長小

C.動量大的物體，其德布羅意波長小

D.動能大的物體，其德布羅意波長小

6.質(zhì)量為5t的汽車，當(dāng)它以20m/s的速度前進(jìn)時，其德布羅意波的波長為（ ?）

參考文獻(xiàn)

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[4]鄧慶國;高中物理“問題——互動”教學(xué)模式探究[D];遼寧師范大學(xué);2005年

（作者單位：福建省泉州市德化縣第一中學(xué)）