教科版选修3-5《第四章 波粒二象性 4. 实物粒子的波粒二象性》优秀教案设计

教科版选修3-5《第四章 波粒二象性 4. 实物粒子的波粒二象性》优秀教案设计

2、过程与方法

本节是光的波粒二象性的继续，也是量子力学研究范畴的进一步推广。通过两者的对比，认识它们本质上的一致性。

3、情感态度与价值观

通过本节课的学习，使学生用科学的眼光审视光子和实物粒子作为物质世界的一部分所表现出的差异性和统一性。

二、教学重点、难点

理解实物粒子也具有波粒二象性是本节的重点，也是难点。

三、教学过程

（一）引入新课

观察四幅图片，找出规律--对称性，明白对称思想在物理学的重要性，同时引出这节课的主题。光是一种物质，它既具有粒子性（光子），又具有波动性。受此启发，人们想到：同样作为物质的实物粒子（如电子、原子、分子等），是否也具有波动性呢？

(二) 德布罗意的假设

1924年，德国物理学家德布罗意大胆地作出了肯定的回答，他认为所有的实物都具有波动性，人们把它称为物质波，也叫德布罗意波。

德布罗意同时给出如下关系式：

λ= λ：德布罗意波波长； p：运动物体的动量； h：普朗克常量

我们为什么观察不到宏观物体的波动性呢？经过计算飞行的子弹和运行的电子的波长，得出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障碍物，所以我们并不认为微观它具有波动性，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。美国的两位科学家巧妙地相到利用晶格担此角色，并成功地观察到了衍射图样，从而说明实物粒子确有波动性。

(三) 物质波的实验证实

1.电子衍射实验1（戴维孙和革末）

最先实验证实电子衍射现象的是美国的戴维孙和革末，做了电子束在晶体表面散射实验，观察到了和X射线类似的电子衍射现象。

电子衍射实验2（G.P汤姆孙）

实验原理：电子束在穿过细晶体粉末或薄金属片后，也象X射线一样产生衍射现象。

汤姆逊和戴维逊则因证实电子具有波动性而分享了1937年的诺贝尔物理学奖。

3.电子双缝干涉实验、氦原子双缝干涉实验等。

4.结论：不仅电子具有波动性质，原子、分子、中子等微粒也同样具有波动性质，也都会发生干涉、衍射现象，德布罗意关系式仍然成立。德布罗意假设完全正确。 德布罗意关系式成为表示电子、原子、分子等粒子的波动性和粒子性之间关系式的基本公式。

(四) 氢原子中的电子云

既然实物粒子具有波动性，那么从同一粒子源发出的粒子级双缝后，也会形成干涉图样。这一现象用牛顿定律是解释不通的，因为依惯性定律，粒子经双缝后，由于不受外力，应沿着直线运动，最终只能形成两条“亮线”，而不能形成干涉图样，这与实际情况不相符的，所以牛顿定律在此已不适用了。

物质波和光波一样，都属概率波。概率波的实质是指粒子在空间的分布的概率是受波动规律支配的。