粒子的波動性教學設計

鄭陽民

一、教學目標

（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.知道德布羅意假設的內容，公式表達。

（二）過程與方法

1.通過對物質波的實驗內容的學習，感受實驗研究的重要性，了解物理學研究的基礎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”對比，進而理解宏觀物體的波動性不明顯，并找到驗證物質波的方法。

（三）情感目標

1.從發現光具有波粒二象性，到提出粒子也具有波粒二象性，再到粒子波動性的驗證，使學生從科學家的工作中感悟科學探究精神。

2.通過了解電子衍射實驗，使學生了解創造條件來進行有關物理實驗的方法。

3.培養學生的科學文化素質──科學方法、科學意識、科學精神。

二、教學重點與難點

教學重點：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系。

教學難點：實物粒子波動性的理解。

三、教學過程設計

[導入新課]

創設情境：回顧人類對光的特性認識和相應的事實表現。

提問：前面我們學習了有關光的一些事實表現，談談光的本質特性是什么？請舉出相應的事實基礎，

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

[新課教學]

（一）光的波粒二象性

創設情景：回顧光的干涉、衍射，光電效應和康普頓效應。

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

教師指出：光有波粒二象性是一種實驗事實，但光不是經典意義上的粒子，也不是經典意義上的波，需要借助事實去想象。光有時表現出波動性，有時表現出粒子性，它們均反映了光的本質的一個側面。這在宏觀世界看是矛盾的現象，在微觀世界，卻是統一的，在光身上，我們看到了波動性與粒子性的統一、連續性與間斷性的統一。

（二）粒子的波動性

教師講述：當時的許多科學家對光具有波粒二象性還持懷疑態度時，有一位當時正在大學讀博士的學生卻更大膽，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？ 學生帶著下列問題閱讀37頁第二框（粒子的波動性）內容。

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？

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

與學生一起總結：一切實物粒子都具有波粒二象性。即每一個運動的粒子都有一個對應的波相聯系。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）物質波的實驗驗證

情景：閱讀與課本有關“物質波的驗證”的內容。

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

提問2：要想看到例題中電子的衍射現象，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，能否使電子發生明顯的衍射現象？

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

四、課堂小結

本節課我們學習了光的本質，它既具有粒子性，又具有波動性。在不同條件下表現出的不同特性。注意對光的本質的全面把握。學習了得到實驗事實驗證的實物粒子波動性，其對應的波稱之為物質波，注意掌握物質波的計算公式。

五、鞏固練習

1.下列現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

2.一質量為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波動性

B.只有像電子、質子、中子這樣的微觀粒子才具有波動性

C.德布羅意認為，任何一個運動著的物體，小到電子、質子，大到行星、太陽都有一種波和它對應，這種波叫做物質波

D.宏觀物體運動時，看不到他的衍射或干涉現象，所以宏觀物體運動時不具有波動性。

4.關于物質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出波動性。

B.宏觀物體不存在對應波的波長

C.電子在任何條件下都能表現出波動性

D.微觀粒子在一定條件下能表現出波動性

5.下列說法中正確的是（ ?）

A.質量大的物體，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.質量為5t的汽車，當它以20m/s的速度前進時，其德布羅意波的波長為（ ?）

參考文獻

[1]楊四耕;體驗：一種生命化的學習方式[J];當代教育論壇（學科教育研究）;2007年01期

[2]李衛東;漫談新課標下高三物理教學[J];中學生數理化（高中版·學研版）;2011年01期

[3]杜顏伶;物理教學滲透STS教育思想培養科學素養的研究[D];山東師范大學;2005年

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

（作者單位：福建省泉州市德化縣第一中學）