物理选修3-5教案 17.3 粒子的波动性.doc

17.3粒子的波动性
一、教学目标
　　1．知识与技能
　　（1）知道光、实物粒子具有波粒二象性；
　　（2）知道德布罗意假说的内容，公式表达；
　　（3）了解物质波的验证过程。
　　2．过程与方法
　　（1）沿着物理学家的研究过程展开教学，尽量再现物理学家的思想和研究方法。
　　（2）通过“小练习”对比，进而理解宏观物体的波动性不明显，并找到验证物质波的方法
　　3．情感态度与价值观
　　（1）感受人类对光认识的美好、曲折过程，欣赏物理学的对称美，体会蕴含的哲学思想。
　 （2）从科学家的工作中感悟科学探究：如何向固有观念挑战，提出大胆猜想和假说，如何寻找有效的方法加以验证。
　　（3）培养学生的科学文化素质──科学方法、科学意识、科学精神。
二、教学重点、难点
重点：知道德布罗意波及德布罗意波波长计算粒子同样具有波动性。
难点：理解德布罗意波（物质波）及表现规律。
三、教学用具
自制多媒体课件
四、复习回顾
⑴人类对光认识的历史过程 ── 一部科学史诗
学生阅读课本第一段，分组讨论、自由发言，教师引导归纳，同时多媒体辅助
问题：光的发展史(光的本性)？
①十七世纪初笛卡儿两种假说：光是类似于微粒的一种物质光是一种以“以太”为媒质的压力。
②十七世纪光的微粒说(代表人物---牛顿)：光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀介质中以一定的速度传播，能解释光的反射现象、析射现象。
③同时期光的波动说(代表人物---惠更斯) ：认为光是一种波，在实验中观察到了光的干涉和衍射现象，这是波动的特征，微粒说无法解释。
④光的电磁说(十九世纪：代表人物---麦克斯韦) 麦克斯韦认为光是一种电磁波,赫兹用实验证实了光的电磁本性.光是电磁波的主要依据：①传播都不需介质.②都是横波.③在真空中传播速度相同。
⑤19世纪末赫兹等又发现了---光电效应现象，用波动说无法解释。
⑥爱因斯坦于20世纪初提出了光子说，认为光具有粒子性，从而解释了光电效应。
从笛卡儿两种假说到牛顿与胡克、牛顿与惠更斯粒子说与波动说之争，再到麦克斯韦、赫兹、普朗克和爱因斯坦的对光的进一步认识。在新的事实与理论面前，终于以光即具有波动性，又有粒子性即光具有波粒二象性而画一下圆满的句号。（多媒体展示）
原来相互矛盾的两种学术，后来发现只是一个事的两个表现形式，并非有此无彼，而是彼中有我，我中有你，最后以爱因斯坦提出的“光具有波粒二象性”而落下了帷幕。为此爱因斯坦获得了诺贝尔物理学奖。

⑵──粒子性、波动性之间的桥梁

  以上两个公式中ε和p是物质所具有的粒子性的重要物理量，而是波长与频率是波动性的典型物理量，所以两式左侧是粒子性，而右侧却是波动性，它们通过普朗克常量h联系，可见光的波动性与粒子性并不矛盾。光的波动性和粒子性是一对矛盾的两个方面，彼此含有对方的
成份，共存于光的统一体中。
五、进行新课
⑴、德布罗意提出实物粒子具有波动性的假设（体会德布罗意从类比和对称性思考的科学思想方法）
　　19世纪以来，光学上注重波动方面的研究，忽视了粒子方面的研究；而实物粒子的研究上，是否发生了相反的错误？体会德布罗意从类比和对称性思考的科学思想方法。
　 问题：“相反的错误”指什么？
　 生：实物粒子的研究只注重了粒子性，而忽视了波动性。
　 （2）、（自学）德布罗意假说──科学的狂想曲，回答问题：
问题：德布罗意假说的内容？
生：实物粒子也具有波动性；每一个运动的粒子都与一种波对应。
　问题：物质波的概念？
　　 生：与实物粒子相联系的波──德布罗意波。
问题：物质波的频率、波长公式？
生： 　，

⑶、物质波的验证
　 问题：如何验证德布罗意假说？
　　生：如果能观察到实物粒子的干涉、衍射等波的特有现象，可验证实物粒子具有波动性。
问题：发生明显衍射的条件？
　　生：障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或者比波长还要小。
　 找学生爬黑板，应用德布罗意波能量、动量关系式计算子弹及电子的波长。
计算：一个质量为0．01kg，速度为300m/s的子弹，对应的德布罗意波长？
　 解析：
问题：为什么不易观察到宏观物体的波动性？ 
计算：一个原来静止的电子，经过100v的电压加速后，对应的德布罗意波长？
　解析：，， 
问题：分子直径的数量级？与上面计算出的电子波长数量级相当吗？

　　 师点拨：电子的德布罗意波长与分子直径相当，电子束照到晶体上，两晶格的狭缝可使电子发生明显的衍射。1927年戴维孙和G．P．汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，证实了电子的波动性。

⑷、学生看书了解这一历史过程，并观察电子束的衍射图样与X-射线晶体衍射图样相似。

电子束通过铝箔时的衍射图样 弗兰克林拍摄的DNA的X射线衍射照片

六、小节
本节课的设计不仅关注知识及知识的形成过程，更注重科学素质的培养，也关注情感态度价值观方面的东西。教师通过对光的本质的认识这一线索，对光的有关知识进行重新复习，对光的粒子性与波动性有一个系统的全面的认识。通过光子能量公式、动量公式，两式左侧是粒子性，而右侧却是波动性，以及联系量普朗克常量h，从理论上光波与粒子之间的联系。再利用实验和物理学史对物质波动性的深入探究，从德布罗意波的提出、验证、物质波理论的形成到诺贝尔物理学奖的获得。不但学到了许多知识，更重要的是让学生明确科学的探究是不断的深入的，理论是在不断发展的，了解到人类直接经验的局限性和曲折历程，渗透辩证的思想特别是培养了敢于创新，勇于实践，实事求是科学的精神和科学态度以及类比法、实践法等科学的方法，同时意识到科学有价，意识到物质世界尽管千差万别，却又有共同的规律──波粒二象性，这大大的扩展和深化了人们对物质世界的认识，并为进一步研究微观世界提供了思想武器。整节课力图体现学生主体意识，问题意识，建构意识，保护学生的学习兴趣，采用启发性教学，重视科学探究，注重科学素质的培养。