4.5 粒子的波动性和量子力学的建立 教案

《粒子的波动性和量子力学的建立》教学设计
一、教材分析
本课题为普通高中物理选择性必修第三册，第四章《粒子的波动性和量子力学的建立》的内容。
课程内容方面，粒子的波动性是培养学生进行类比思想的好素材，同时其研究和发展过程充分体现了物理学理论建立中大胆假设，小心验证的科学探究过程，培养学生的物理思维；量子力学的建立是对本章整体内容的一个总结，让学生体会不同理论之间紧密的内在联系，加深对量子力学的了解，培养核心素养。
二、教学目标分析
了解实物粒子的波动性，了解德布罗意波遵循的规律；
了解物质波的实验验证过程，会类比光的波动性实验；
能计算物质波波长，体会宏观物体的波动性并不显著；
体会量子力学的建立对人们认识物质世界的影响；
认识量子力学推动多个领域的发展。
三、教材处理
1、关注验证物质波的科学历程和科学方法
光具有波粒二象性（回顾）
德布罗意提出实物粒子也应具有波动性（问题）
类比光的波动性实验（推理）
设计物质波的验证实验（设计实验）
实验技术问题的解决（X射线晶格衍射）
电子衍射和双缝干涉（实验结果分析）
质子、中子、原子、分子也具有波动性（推广）
通过德布罗意提出物质波假设、戴维森、G.P.汤姆孙的电子衍射实验和琼森的电子双缝实验，我们逐步认识到科学家如何向固有的观念和认识挑战，提出大胆的猜想和假说，如何寻找有效的方法加以验证，使学生从科学家的工作中感悟科学探究过程。
2、在设计物质波的验证实验中着重强调类比思想
高中物理学习渗透了多种物理思想，本节内容着重培养学生的类比思想方法。德布罗意提出实物粒子的波粒二象性，以及电子衍射和干涉的验证实验中，都类比了光的波粒二象性。要让学生深刻认识到类比思想在物理学中的重要性，以及在解决问题中的有效性。
四、教学设计
回顾光的波粒二象性，复习光的能量 和动量p跟所对应的频率ν和波长λ之间的关系，说明普朗克常量h是联系粒子性和波动性的桥梁。
引出粒子也具有波动性，称为德布罗意波，指出其波长λ和频率ν所遵从的关系。
通过提问让学生回答，如何验证德布罗意波。引导学生通过类比思想，光的波动性是如何验证的，用类似的方法来验证实物粒子的波动性。从而介绍1927年戴维森和G.P.汤姆孙的电子衍射实验和1961年琼森的电子双缝实验来证实实物粒子的波粒二象性。
让学生计算并比较具有相同动能的电子和质子的德布罗意波长，进一步地计算宏观物体的德布罗意波长，在加深计算德布罗意波长中体会宏观物理的波动性并不显著。
通过对本章内容的梳理，揭示一系列理论和普朗克常量的紧密关系，提出描述微观世界行为的普遍性规律——量子力学。
量子力学的建立推动了多领域的发展，深化和丰富了人们对自然界的认识，通过带领学生认识量子力学的多领域应用来了解它对物理学的重大影响。
对本节课内容进行小结，树状图让学生对本节课内容和结构有更清晰的认识。
五、教学反思
整节课该有的内容都有了，但是觉得深度还不够，学生对于物质波的实验验证过程的认识不够细致；其次是对物理学史的发展脉络补充得不够，特别是对索尔维会议的介绍。