高中优秀教案高三物理教案：《物粒子的波粒二象性》教学设计172959.pdf

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1、欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！Keep on going never give up.勇往直前,决不放弃!（Word 文档可编辑，页眉页脚可删除）Word 文档 第 1 页 共 8 页 高三物理教案：物粒子的波粒二象性教学设计 实物粒子的波粒二象性 三维教学目标 1、学问与技能 (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。(4)了解不确定关系的概念和相关计算;2、过程与方法 (1)了解物理真知形成的历史过程;(2)了解物理学讨论的基础是试验事实以

2、及试验对于物理讨论的重要性;(3)知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。3、情感、看法与价值观 (1)通过同学阅读和老师介绍讲解，使同学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进展过程，不断得到订正与修正;(2)通过相关理论的试验验证，使同学逐步形成严谨求实的科学看法;(3)通过了解电子衍射试验，使同学了解制造条件来进行有关物理试验的方法。欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！Keep on going never give up.勇往直前,决不放弃!（Word 文档可编辑，页眉页脚可删除）Word 文档 第 2

3、 页 共 8 页 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：同学阅读-商量沟通-老师讲解-归纳总结。教学用具：课件：PP 演示文稿(科学家介绍，本节学问结构)。多媒体教学设备 (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，那么我们毕竟怎样来熟悉光的本质和把握其特性呢?(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试验事实)。我们不能片面地熟悉事物，能举出本学科或其他学科或生活中相似的事或物吗?(二)进行新课 1、光的波粒二象性 叙述光

4、的波粒二象性，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，光子的行为听从统计规律。(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。欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！Keep on going never give up.勇往直前,决不放弃!（Word 文档可编辑，页眉页脚可删除）Word 文档 第 3 页 共 8 页 2、光子的能量与频率以及动量与波长的关系。=提问：作为物质的实物粒子(如电子、原子、分子等)是否也

5、具有波动性呢?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?只是由于他大胆吗?(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胜利，大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子。)(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?(为德布罗意波长，h 为普朗克常量，p为粒子动量)阅读课本有关内容，为什么德布罗意波观点很难通过试验验证?又是在怎样的条件下使实物粒子的波动性得到了验证?4、物质波的试验验证 提问：粒子波动性难以得到验证的缘由?(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

6、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)欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！Keep on going never give up.勇往直前,决不放弃!（Word 文档可编辑，页眉页脚可删除）Word 文档 第 4 页 共 8 页 例题：某电视显像管中电子的运动速度是 4.0107m/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。(依据公式 计算得 1.810-11m 和 3.310-34m)电子波动性的发觉者

7、戴维森和小汤姆逊 电子波动性的发觉,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明，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觉了电子的波动性也同获 1937 年诺贝尔物理学奖。阅读有关物理学历史资料，了解物理学有关学问的形成建立和进展的真是过程。(应用物理学家的历史资料，不仅有真实感，增加了劝说力，同时也能对同学进行发放训练，有利于培育同学的科学看法和科学精神，激发同学的探究精神)电子衍射试验：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，从而证明了德布罗意的假设。除了电子以外，后来还间续证明了质子、中子以及原子、分子的波动性

8、。提问：衍射现象对高辨别率的显微镜有影响否?如何改进?(显微镜的辨别本事)5、德布罗意波的统计说明 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！Keep on going never give up.勇往直前,决不放弃!（Word 文档可编辑，页眉页脚可删除）Word 文档 第 5 页 共 8 页 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肯定的偶然性，但是大量粒子在空间何处出现的空间分布却听从肯定的统计规律。6、经典波动与德布罗意波(物质波)的区分 经典的波动(如机械波、电磁波等

9、)是可以测出的、实际存在于空间的一种波动。而德布罗意波(物质波)是一种概率波。简洁的说，是为了描述微观粒子的波动性而引入的一种方法。7、不确定度关系(uncertainty relatoin)经典力学：运动物体有完全确定的位置、动量、能量等。微观粒子：位置、动量等具有不确定量(概率)。(1)电子衍射中的不确定度 如图所示，一束电子以速度 v 沿 oy 轴射向狭缝。电子在中央主极大区域出现的几率最大。在经典力学中，粒子(质点)的运动状态用位置坐标和动量来描述，而且这两个量都可以同时精准地予以测定。然而，对于具有二象性的微观粒子来说，是否也能用确定的坐标和确定的动量来描述呢?下面我们以电子通过单缝

10、衍射为例来进行商量。设有一束电子沿 oy 轴射向屏 AB 上缝宽为 a 的狭缝，于是，在照相底片 CD 上，可以观查到如下图所示的衍射图样。假如我们仍用坐标 x 和动量 p 来描述这一电子的运动状态，那么，我们不禁要问：一个电子通过狭缝的瞬时，它是从缝上哪一点通过的呢?也就是说，电欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！Keep on going never give up.勇往直前,决不放弃!（Word 文档可编辑，页眉页脚可删除）Word 文档 第 6 页 共 8 页 子通过狭缝的瞬时，其坐标 x 为多少?明显，这一问题，我们无法精

11、准地回答，由于此时该电子毕竟在缝上哪一点通过是无法确定的，即我们不能精准地确定该电子通过狭缝时的坐标。讨论表明：对于第一衍射微小，式中 为电子的德布罗意波长。电子的位置和动量分别用 x 和 p 来表示。电子通过狭缝的瞬间，其位置在 x 方向上的不确定量为，同一时刻，由于衍射效应，粒子的速度方向有了转变，缝越小，动量的重量 px 改变越大。分析计算可得：式中 h 为普朗克常量。这就是有名的不确定性关系，简称不确定关系。上式表明：很多相同粒子在相同条件下试验，粒子在同一时刻并不处在同一位置。用单个粒子重复，粒子也不在同一位置出现。例题解析：例 1：一颗质量为 10g 的子弹，具有 200m?s-1

12、 的速率，若其动量的不确定范围为动量的 0.01%(这在宏观范围是非常精确的了)，则该子弹位置的不确定量范围为多大?解：子弹的动量 动量的不确定范围 由不确定关系式，得子弹位置的不确定范围 欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！Keep on going never give up.勇往直前,决不放弃!（Word 文档可编辑，页眉页脚可删除）Word 文档 第 7 页 共 8 页 我们知道，原子核的数量级为 10-15m，所以，子弹位置的不确定范围是微乎其微的。可见子弹的动量和位置都能精确地确定，不确定关系对宏观物体来说没有实际意义。

13、例 2：一电子具有 200 m/s 的速率，动量的不确定范围为动量的0.01%(这已经足够精确了)，则该电子的位置不确定范围有多大?解:电子的动量为：动量的不确定范围 由不确定关系式，得电子位置的不确定范围 我们知道原子大小的数量级为 10-10m，电子则更小。在这种状况下，电子位置的不确定范围比原子的大小还要大几亿倍，可见企图精确地确定电子的位置和动量已是没有实际意义。8、微观粒子和宏观物体的特性对比 宏观物体 微观粒子 具有确定的坐标和动量，可用牛顿力学描述。没有确定的坐标和动量，需用量子力学描述。有连续可测的运动轨道，可追踪各个物体的运动轨迹。有概率分布特性，不行能辨别出各个粒子的轨迹。

14、体系能量可以为任意的、连续改变的数值。能量量子化。不确定度关系无实际意义 遵循不确定度关系 9、不确定关系的物理意义和微观本质 (1)物理意义：欢迎您阅读并下载本文档，本文档来源于互联网整理，如有侵权请联系删除!我们将竭诚为您提供优质的文档！Keep on going never give up.勇往直前,决不放弃!（Word 文档可编辑，页眉页脚可删除）Word 文档 第 8 页 共 8 页 微观粒子不行能同时具有确定的位置和动量。粒子位置的不确定量 越小，动量的不确定量 就越大，反之亦然。(2)微观本质：是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必定结果。不确定关系式表明：微观粒子

15、的坐标测得愈精准()，动量就愈不精准();微观粒子的动量测得愈精准()，坐标就愈不精准()。但这里要留意，不确定关系不是说微观粒子的坐标测不准;也不是说微观粒子的动量测不准;更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准;而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准。为什么微观粒子的坐标和动量不能同时测准?这是由于微观粒子的坐标和动量原来就不同时具有确定量。这本质上是微观粒子具有波粒二象性的必定反映。由以上商量可知，不确定关系是自然界的一条客观规律，不是测量技术和主观力量的问题。不确定关系供应了一个判据：当不确定关系施加的限制可以忽视时，则可以用经典理论来讨论粒子的运动。当不确定关系施加的限制不行以忽视时，那只能用量子力学理论来处理问题。