2.4《实物是粒子还是波》教学设计（沪科版选修3-5）

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【课 题】 2.4实物是粒子还是波
【教学目标】
【知识与技能】
（1）知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性；
（2）了解德布罗意波长和粒子动量关系；
（3）了解电子衍射与物质波及量子力学；
（4）了解不确定关系的概念和相关计算；
【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。
【情感、态度与价值观】
（1）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，人类的认识不断得到纠正、修正或完善；
（2）了解电子衍射实验，体验科学假设对实践的指导意义；
（3）体验和理解量子力学是新的物理模型与数学的结合的产物。
【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】
对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
【教学过程】
引入新课
光的波粒二象性理论告诉我们：光是电磁波，同时又是光子。
这表明场与实物并非泾渭分明。
法国物理学家德布罗意从相反的思路思考，在1923年为自己提出了这样的课题：电子、质子、中子，甚至原子等实物粒子是否也具有波动性呢？他进行了大胆的联想和推测。
德布罗意波
1、学生阅读教材P.40
了解德布罗意当时是怎样思考的，了解德布罗意提出的新观点；
指导学生明确德布罗意提出的假设的内容，建立德布罗意波的概念，了解德布罗意波长和粒子动量关系。
2、随堂练习与思考
教材P.41案例：
先指导学生思考与解答，然后看书阅读例题解答。
3、德布罗意波的波长特点以及德布罗意的预言
通过案例分析可以看出，电子的德布罗意波长数量级在10-10m。要观察到电子的衍射现象，目前实验室中普通的狭缝的宽度（10-4m）还是太宽了，因此用这样的狭缝去观察电子的衍射现象，我们无法看到电子的明显的衍射现象。
如果要观测到足球的波动性，那么所有狭缝宽度的数量级应该小到10-23m，这显然我们无能为力，甚至觉得有些荒谬。
但微观粒子的质量和动量都很小，其德布罗意波长要比足球长得多。
所以德布罗意在1923年就预言：电子束从很小的孔穿过能够呈现出衍射现象。
实验事故导致的重大发现
指导学生阅读教材：P.42
1、美国物理学家戴维孙1925年研究电子散射时的发现；
2、英国物理学家汤姆生1927年完成了电子的衍射实验，并且根据衍射测出的波长与德布罗意波理论计算的波长相吻合。
他们的实验令人信服的证明了德布罗意理论，他们分享了1937年的诺贝尔物理学奖。
物质波，又一种概率波
指导学生阅读理解
1、物质波与光波一样，也是概率波。
2、图片：电子衍射图样、中子衍射图样。
3、德布罗意波的统计解释：
1926年，德国物理学玻恩 （Born ， 1882--1972） 提出了概率波，认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性，但是大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统计规律。“亮纹”处是电子出现概率大的地方，“暗纹”处是电子出现概率小的地方。
4、量子力学在这一时期应运而生：
了解薛定谔和海森伯提出的波动力学和矩阵力学。
不确定关系
指导学生阅读教材：P.43
1、 了解测不准关系的含义；


它表明：对粒子的位置和动量进行测量时，精确度存在一个基本极限。不可能同时准确地粒子的位置和动量。
2、 了解经典力学中的“轨道”与量子力学中的“电子云”



【课后作业】
1、 阅读：教材资源
信息浏览 P.40 《“满纸荒唐言”的机遇》
信息浏览 P.43 《原子请你排好队》
2、 思考、讨论与练习：
教材P.44 《家庭作业与活动》1、2、3
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