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(nèi)容,公式表達。
(二)過程與方法
1.通過對物質波的實驗內(nèi)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(fā)現(xiàn)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(chuàng)造條件來進行有關物理實驗的方法。
3.培養(yǎng)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(chuàng)設情境:回顧人類對光的特性認識和相應的事實表現(xiàn)。
提問:前面我們學習了有關光的一些事實表現(xiàn),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(chuàng)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(jù)實驗事實,光在不同條件下表現(xiàn)出不同特性,分析光的本性是什么?根據(jù)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(jīng)典意義上的粒子,也不是經(jīng)典意義上的波,需要借助事實去想象。光有時表現(xiàn)出波動性,有時表現(xiàn)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(xiàn)象,在微觀世界,卻是統(tǒng)一的,在光身上,我們看到了波動性與粒子性的統(tǒng)一、連續(xù)性與間斷性的統(tǒng)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(tài)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(nèi)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(fā),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(lián)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(nèi)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(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件是什么?
提問2:要想看到例題中電子的衍射現(xiàn)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(fā)生明顯的衍射現(xiàn)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(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。宏觀世界中沒有這樣小的縫。分子間距數(shù)量級是10-10m。通過比較,電子應該能發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象。
四、課堂小結
本節(jié)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)出波動性
D.微觀粒子在一定條件下能表現(xiàn)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(wèi)東;漫談新課標下高三物理教學[J];中學生數(shù)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(yǎng)科學素養(yǎng)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)