崭新的一页：粒子的波动性

崭新的一页：粒子的波动性

1 17.3 崭新的一页：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 提问：前面我们学习了有关光的一些特性和相应的事实表现，那么我们究竟怎样来认识 光的本质和把握其特性呢？请同时举出相应的事实基础。 学生阅读课本、思考后回答：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。（分别举出有关光的干涉衍射和光电效应等实验事实）。 点评：让学生阅读课本内容结合前面所学知识进行归纳总结，形成正确观点。 教师：原来我们不能片面地认识事物，能举出本学科或其他学科或生活中类似的事或物 吗？ 学生举例说明：例如哲学中对事物的辨正观点等。 点评：培养学生对事物或规律的全面把握，并与与其他学科进行横向渗透联系。 2 （二）进行新课 1、光的波粒二象性 教师：讲述光的波粒二象性。 在学生的辨析说明下进行归纳整理。 （1）我们所学的大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。 光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。 （2）光子在空间各点出现的概率遵从波动规律，物理学中把光波叫做概率波。 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。 让学生找到更多的关系公式： ＝ 提问：受此启发，人们想到：同样作为物质的实物粒子(如电子、原子、分子等)是否也 具有波动性呢？ 学生阅读课本“粒子的波动性”。 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 提问：谁大胆地将光的波粒二象性推广到实物粒子？只是因为他大胆吗？ 学生回答：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。 展示演示文稿资料：有关德布罗意。 点评：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 ＝ 提问：各物理量的意义？ 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。 hv=ε λ/hp = λ/hp = cvhv // ελ = p h=λ γp E mv h = λ 3 讲述：当时这一观点超出了人们的想象，不被人们所接受，历史上类似的事例我们还知 道那些？ 学生回答：伽利略的两个铁球同时落地等。 点评：使学生了解正确的知识理论往往并不是一提出就能被大家所接受的。 教师：让学生带着问题阅读课本有关内容，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，这在生活中很难找到 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 10－10m 数量级，找与之相匹配的障碍物也非易事． 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。 例题：某电视显像管中电子的运动速度是 4.0×107m/s；质量为 10g 的一颗子弹的运动 速度是 200m/s．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 计算得 1.8×10-11m 和 3.3×10-34m 点评：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。 说明：由计算结果知，通常生活中观察不到实物波动特性征的原因。 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是过程。 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 ph /=λ 4 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。 点评：引用更多实验事实来增强对理论的证明。 提问：衍射现象对高分辨率的显微镜有影响否？如何改进？ 学生阅读课本材料：显微镜的分辨本领。 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。 （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）作业： 复习本节教材 43 页“问题与练习”中各题，预做回答。 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 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。