粒子的波动性教学设计

郑阳民

一、教学目标

（一）知识与技能

1.了解光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。

2.知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性。

3.知道德布罗意假设的内容，公式表达。

（二）过程与方法

1.通过对物质波的实验内容的学习，感受实验研究的重要性，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。

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。

（三）情感目标

1.从发现光具有波粒二象性，到提出粒子也具有波粒二象性，再到粒子波动性的验证，使学生从科学家的工作中感悟科学探究精神。

2.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。

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、教学重点与难点

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：实物粒子波动性的理解。

三、教学过程设计

[导入新课]

创设情境：回顾人类对光的特性认识和相应的事实表现。

提问：前面我们学习了有关光的一些事实表现，谈谈光的本质特性是什么？请举出相应的事实基础，

分析回答：光具有粒子性——光电效应，康普顿效应。光具有波动性——广德干涉，衍射。

[新课教学]

（一）光的波粒二象性

创设情景：回顾光的干涉、衍射，光电效应和康普顿效应。

提问：根据实验事实，光在不同条件下表现出不同特性，分析光的本性是什么？根据前面所学知识回答：光子的能量与频率的关系、光子的动量与波长的关系。

教师指出：光有波粒二象性是一种实验事实，但光不是经典意义上的粒子，也不是经典意义上的波，需要借助事实去想象。光有时表现出波动性，有时表现出粒子性，它们均反映了光的本质的一个侧面。这在宏观世界看是矛盾的现象，在微观世界，却是统一的，在光身上，我们看到了波动性与粒子性的统一、连续性与间断性的统一。

（二）粒子的波动性

教师讲述：当时的许多科学家对光具有波粒二象性还持怀疑态度时，有一位当时正在大学读博士的学生却更大胆，提出实物粒子也有波动性，甚至宏观物体也有波动性。到底是怎么回事呢？ 学生带着下列问题阅读37页第二框（粒子的波动性）内容。

1.谁大胆地将光的波粒二象性推广到实物粒子？

2.假说的要点是什么？

3.物质波的频率、波长公式是什么？

4.他提出实物粒子也具有波粒二象性，属于一种什么样的思维方法？

引导结论：德布罗意受到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的启发，用类比的方法提出了粒子具有波动性。

与学生一起总结：一切实物粒子都具有波粒二象性。即每一个运动的粒子都有一个对应的波相联系。如果用能量ε和动量p来表征实物粒子的粒子性，则可用频率v和波长λ来表示实物粒子的波动性。v=，λ=，其中λ为德布罗意波长，h为普朗克常量，p为粒子动量。

（三）物质波的实验验证

情景：阅读与课本有关“物质波的验证”的内容。

提问1：事实上，当时德布罗意的梨子具有波动性的观点很难通过实验验证，想一想发生明显衍射现象的条件是什么？

提问2：要想看到例题中电子的衍射现象，缝的宽度要接近电子的德布罗意波长。我们在宏观的物体中能找到这样的缝吗？在微观世界中，紧密排列的分子间距有多大？让电子通过分子间的缝隙，能否使电子发生明显的衍射现象？

学生通过分析回答：缝或者障碍物的尺寸接近波长或者比波长小的情况下，会发生明显的衍射现象。宏观世界中没有这样小的缝。分子间距数量级是10-10m。通过比较，电子应该能发生明显的衍射现象。

四、课堂小结

本节课我们学习了光的本质，它既具有粒子性，又具有波动性。在不同条件下表现出的不同特性。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。

五、巩固练习

1.下列现象说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.光的衍射和康普顿效应

2.一质量为0.01 kg，速度为300 m/s的子弹，则它的德布罗意波长为多大？思考与讨论：通过上题的计算，说一说为什么我们没有观察到宏观物体的波动性？

3.下列说法正确的是（   ）

A.只有大量电子才能表现波动性

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，这种波叫做物质波

D.宏观物体运动时，看不到他的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性。

4.关于物质波以下说法正确的是（  ）

A.实物粒子具有粒子性，在任何条件下都不可能表现出波动性。

B.宏观物体不存在对应波的波长

C.电子在任何条件下都能表现出波动性

D.微观粒子在一定条件下能表现出波动性

5.下列说法中正确的是（  ）

A.质量大的物体，其德布罗意波长小

B.速度大的物体，其德布罗意波长小

C.动量大的物体，其德布罗意波长小

D.动能大的物体，其德布罗意波长小

6.质量为5t的汽车，当它以20m/s的速度前进时，其德布罗意波的波长为（  ）

参考文献

[1]杨四耕;体验：一种生命化的学习方式[J];当代教育论坛（学科教育研究）;2007年01期

[2]李卫东;漫谈新课标下高三物理教学[J];中学生数理化（高中版·学研版）;2011年01期

[3]杜颜伶;物理教学渗透STS教育思想培养科学素养的研究[D];山东师范大学;2005年

[4]邓庆国;高中物理“问题——互动”教学模式探究[D];辽宁师范大學;2005年

（作者单位：福建省泉州市德化县第一中学）