2023學年完整版《物質(zhì)波》設計

《物質(zhì)波》教學設計一、教學目標1．知識與能力目標：（1）知道實物粒子和光子一樣具有波粒二象性.（2）知道德布羅意波長和粒子動量的關(guān)系.（3）了解牛頓力學的局限性.2．過程與方法目標：（1）能夠理解實物粒子和光子的波粒二象性之間的區(qū)別聯(lián)系.（2）學會利用公式λ=h/p簡單地計算物質(zhì)的德布羅意波長.（3）能夠結(jié)合物質(zhì)波的概念理解玻爾的軌道假設的局限性、牛頓力學在微觀世界的局限性.3．情感態(tài)度與價值觀目標：（1）了解在揭示物質(zhì)波的過程中體現(xiàn)的“亦此亦彼”的認識論.了解這種先進的認識論可以有意識地拋棄落后的“非此即彼”的認識論，從而建立科學的認識觀.（2）在物質(zhì)波理論的學習中，進一步強化有關(guān)科學研究的一些基本方法——“實驗——理論假設——進一步實驗——修正理論或提出新的假設”.（3）了解人類的認識都是有一定時期局限性的，沒有在一切條件下都適用的真理，人類對真理的認識是在不斷發(fā)展中完善的.二、教學重點實物粒子和光子一樣具有波粒二象性，利用公式λ=h/p進行簡單計算.三、教學難點物質(zhì)波的概念、通過物質(zhì)波的概念認識“軌跡”描述的局限，進一步了解牛頓力學的局限性.四、教學方法本節(jié)講述的是微觀粒子二象性，利用已學習的關(guān)于光的波粒二象性的知識并與之相聯(lián)系、區(qū)別可以加深對物質(zhì)波的理解.在教學中不能局限于對物質(zhì)波本身的教學，要幫助學生培養(yǎng)用概率描述粒子運動等新的觀念，最后還要幫助學生了解科學的認識論觀點，認識事物的正確觀點是“亦此亦彼”的觀點，而非“非此即彼”的絕對認識論.對于物質(zhì)波，學生在生活中沒有直接的感性經(jīng)驗.在教學中，要在計算后比較有關(guān)的波長的數(shù)量級增強了解；要多利用直觀教具，如：球形電子云模型、紡錘形電子云模型以及有關(guān)電子云動畫描述的教學錄像.有了直觀教具和這些形象的描述學習會更加輕松.五、教學用具球形電子云模型、紡錘形電子云模型、電子云的有關(guān)教學錄像.六、課時安排1課時七、教學過程（一）引入新課1．復習光的波粒二象性（光是一種概率波）；［教師］請問根據(jù)光的波粒二象性怎樣描述光子在空間的位置？［學生］光是一種概率波.光在空間的位置由不同位置出現(xiàn)概率的規(guī)律來描述.2．回顧光的波粒二象性的認識過程：［教師］我們最早知道①著名物理學家牛頓支持微粒說.微粒說可以解釋光的一些現(xiàn)象.微粒說對有些光學現(xiàn)象的解釋感到困難.②惠更斯提出了波動說.③19世紀，通過光的干涉、衍射實驗和光電效應的發(fā)現(xiàn)，最后統(tǒng)一到光既具有波動性，又具有粒子性，即光的波粒二象性.在惠更斯與牛頓的爭論中由于他們認識的局限性，認為光子的粒子性和波動性絕對不能統(tǒng)一起來，是相互排斥的.在結(jié)論上這是一種錯誤的絕對的認識論，由光的波粒二象性的發(fā)展過程我們可以得出正確的結(jié)論就是“亦此亦彼”的觀點.3．由光子的波粒二象性，提出微觀粒子的波粒二象性的假設［教師］利用這種認識論我們來看看作為實物的電子，人們常常能夠了解它的粒子性，那它是否也像光子一樣具有波粒二象性呢？［學生］利用這種認識論我們是可以大膽地假設它也有波粒二象性.［教師］好，那大家?guī)е@個問題閱讀課文并回答下列問題.（二）進行新課1．閱讀課文——（8分鐘—10分鐘）2．提出問題（投影片）A．物理學中物質(zhì)分為哪兩類？［學生］物理學中物質(zhì)分為電子、質(zhì)子等實物和電場、磁場等場類的兩大類.B．什么是物質(zhì)波？為什么又叫德布羅意波？只有微觀微粒有德布羅意波嗎？［學生］法國物理學家德布羅意認為運動的物質(zhì)也有波動性，運動的物質(zhì)對應的波就叫物質(zhì)波.由于這一理論是德布羅意提出的，因此也叫德布羅意波.所有的物質(zhì)都有德布羅意波，只是動量越大其波長越短，波動性越弱，粒子性越強.C．物質(zhì)的德布羅意波長如何計算？（練習）［學生］可利用公式λ=h/p(p是運動物體的動量，h是普朗克常量）投影練習：［例1］某電視顯像管中電子的運動速度是×107m/s，質(zhì)量為10g的一顆子彈的運動速度是200m/s.分別計算它們的德布羅意波長.［解］電子和子彈的動量分別是p1=m1v1和p2=m2v2.因此它們的德布羅意波長λ1和λ2分別是λ1=h/p1=h/m1v1=×10-34/×10-31××107)m=×10-11mλ2=h/p2=h/m2v2=×10-34/(910×10-2×200)m=×10-34mD．一般情況下電子的德布羅意波長的數(shù)量級是多少？子彈的德布羅意波長的數(shù)量級是多少？它們還和什么因素有關(guān)？［學生］電子的德布羅意波長的數(shù)量級是10-11m;子彈的德布羅意波長的數(shù)量級是10-34m.他們還與電子或子彈的運動速度有關(guān)，速度越大波長越小，波動性越弱，粒子性越強.E．什么實驗驗證了德布羅意的這個假設?［學生］電子束的衍射實驗很好地驗證了德布羅意的這個假設.F．電子的衍射圖樣能用牛頓力學解釋嗎？［學生］不能，按照牛頓力學的慣性定律，質(zhì)點如果不受力的作用，它將做勻速直線運動，不可能發(fā)生衍射現(xiàn)象.G．光波和物質(zhì)波都是概率波.電子在原子中是怎樣運動的？［學生］對于電子在原子中的位置和速度不能確定，因此“軌道”這樣的說法是沒有意義的.我們只知道電子在原子核附近各點出現(xiàn)的概率的大小.［演示］播放電子云的動畫錄像.H．比較兩個模型，討論哪個狀態(tài)的原子能量高？（球形和紡錘形的電子云模型）［學生］紡錘形電子云對應的原子的能量高.（三）延伸拓展閱讀課后的《顯微鏡的分辨本領》（四）小結(jié)本節(jié)學習了1．實物粒子和光子一樣具有波粒二象性.2．德布羅意波長和粒子動量的關(guān)系；通過公式λ=h/p計算德布羅意波長.3．牛頓力學的局限性.4．描述電子的運動使用的電子云的概念.