《3粒子的波動(dòng)性》教學(xué)設(shè)計(jì)(安徽省市級(jí)優(yōu)課)-物理教案

第十七章波粒二象性第3節(jié)粒子的波動(dòng)性★新課標(biāo)要求（一）知識(shí)與技能1．了解光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性。2．知道實(shí)物粒子和光子一樣具有波粒二象性。3．知道德布羅意波的波長和粒子動(dòng)量關(guān)系。（二）過程與方法1．領(lǐng)會(huì)對(duì)稱性的研究方法，培養(yǎng)類比思想方法。2．了解物理學(xué)研究的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)事實(shí)以及實(shí)驗(yàn)對(duì)于物理研究的重要性。3．知道某一物質(zhì)在不同環(huán)境下所表現(xiàn)的不同規(guī)律特性。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀1．通過學(xué)生閱讀和教師介紹講解，使學(xué)生了解科學(xué)真知的得到并非一蹴而就，需要經(jīng)過一個(gè)較長的歷史發(fā)展過程，不斷得到糾正與修正。2．通過相關(guān)理論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，使學(xué)生逐步形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，感悟科學(xué)家的探求精神。3．通過了解電子衍射實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解創(chuàng)造條件來進(jìn)行有關(guān)物理實(shí)驗(yàn)的方法。4．通過對(duì)科學(xué)漫步的閱讀，感受科學(xué)的成就推動(dòng)了技術(shù)的發(fā)展★教學(xué)重點(diǎn)實(shí)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(dòng)量關(guān)系。★教學(xué)難點(diǎn)實(shí)物粒子的波動(dòng)性的理解?！锝虒W(xué)方法學(xué)生閱讀－討論交流－教師講解－歸納總結(jié)★教學(xué)用具：課件：PPT演示文稿、多媒體教學(xué)設(shè)備?！镎n時(shí)安排1課時(shí) ★教學(xué)過程（一）引入新課提問：前面我們學(xué)習(xí)了有關(guān)光的一些特性和相應(yīng)的事實(shí)表現(xiàn)，那么我們究竟怎樣來認(rèn)識(shí)光的本質(zhì)和把握其特性呢？課件展示：有這樣一則故事，一名記者曾經(jīng)這樣問英國物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者布拉格教授：光到底是波還是粒子呢？如果是你，你講如何回答這個(gè)問題？提問，學(xué)生回答：光既是粒子，也是波。教師：布拉格教授會(huì)如何回答這個(gè)問題呢？（展示課件）布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一個(gè)波，星期二、四、六它是一個(gè)粒子，星期天物理學(xué)家休息?！苯處熖岢鰡栴}，引出課題：那么光的本質(zhì)到底是什么呢？（二）進(jìn)行新課1、光的波粒二象性教師：讓我們一起來回顧一下光的本性認(rèn)識(shí)的發(fā)展史。（展示課件）學(xué)生觀看課件，思考后回答：光是一種物質(zhì)，它既具有粒子性，又具有波動(dòng)性。（展示表格）光的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)描述的物理量波動(dòng)性粒子性請(qǐng)學(xué)生思考回答，填寫表格。在學(xué)生的辨析說明下教師歸納整理：通過大量事實(shí)說明：光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，在不同條件下表現(xiàn)出不同特性。光具有波粒二象性。點(diǎn)評(píng)：通過學(xué)生歸納總結(jié)形成結(jié)論，教師再進(jìn)行講解，學(xué)生容易接受。充分注重知識(shí)的學(xué)生自主形成過程。2、光子的能量與頻率以及動(dòng)量與波長的關(guān)系?；仡櫼褜W(xué)知識(shí)：引導(dǎo)學(xué)生分析：能量和動(dòng)量是描述物質(zhì)粒子性的重要物理量，而波長和頻率是描述物質(zhì)的波動(dòng)性的典型物理量。它們通過普朗克常量聯(lián)系在一起。教師：架起了波動(dòng)性和粒子性之間的橋梁。提問：受此啟發(fā)，人們想到：同樣作為物質(zhì)的實(shí)物粒子(如電子、原子、分子等)是否也具有波動(dòng)性呢？學(xué)生閱讀課本“粒子的波動(dòng)性”。點(diǎn)評(píng)：讓學(xué)生帶著問題閱讀，提高閱讀的效率，培養(yǎng)學(xué)生從課文材料中提取有關(guān)信息的能力。3、粒子的波動(dòng)性提問：誰大膽地將光的波粒二象性推廣到實(shí)物粒子？只是因?yàn)樗竽憜?？學(xué)生回答：法國科學(xué)家德布羅意考慮到普朗克能量子和愛因斯坦光子理論的成功，大膽地把光的波粒二象性推廣到實(shí)物粒子。課件展示演示文稿資料：有關(guān)德布羅意。點(diǎn)評(píng)：使學(xué)生了解對(duì)知識(shí)理論的推廣和假設(shè)并不是一味的憑空猜想，而是有一定的理論或事實(shí)基礎(chǔ)。（1）德布羅意波實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，這種波稱之為物質(zhì)波，也叫德布羅意波。（2）德布羅意關(guān)系式提問：各物理量的意義？學(xué)生回答：為德布羅意波長，為普朗克常量，為粒子能量，為粒子動(dòng)量。點(diǎn)評(píng)：對(duì)物理原理公式的理解關(guān)鍵在于對(duì)各物理量意義的理解。教師講述：當(dāng)時(shí)這個(gè)純粹的通過類比方法提出的觀點(diǎn)，超出了人們的想象，不被人們所接受。必須要通過實(shí)際的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。教師提出問題：要怎樣去驗(yàn)證德布羅意的觀點(diǎn)是正確的呢？為什么德布羅意波觀點(diǎn)很難通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的過程？又是在怎樣的條件下使實(shí)物粒子的波動(dòng)性得到了驗(yàn)證？4．物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（1）實(shí)驗(yàn)思路課件展示:光的干涉和衍射現(xiàn)象是光具有波動(dòng)性的有力證據(jù)，因此如果電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子也真的具有波動(dòng)性，那么它們就應(yīng)該像光波那樣能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象學(xué)生思考后請(qǐng)學(xué)生回答填空。教師總結(jié)：驗(yàn)證實(shí)物粒子也能發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象是驗(yàn)證實(shí)物粒子具有波動(dòng)性的途徑。（2）實(shí)驗(yàn)的困難提問：粒子波動(dòng)性難以得到驗(yàn)證的原因？學(xué)生閱讀教材后回答：宏觀物體的波長比微觀粒子的波長小得多，這在生活中很難找到能發(fā)生衍射的障礙物，所以我們并不認(rèn)為它有波動(dòng)性．作為微觀粒子的電子，其德布羅意波波長為10－10m點(diǎn)評(píng)：讓學(xué)生知受實(shí)際條件的限制而使很多理論在開始都處于假設(shè)階段，不易被人們接受。例題：某電視顯像管中電子的運(yùn)動(dòng)速度是4.0×107m/s；質(zhì)量為10g的一顆子彈的運(yùn)動(dòng)速度是引導(dǎo)學(xué)生分析，學(xué)生解答：根據(jù)公式計(jì)算得1.8×10-11m和3.3×10-34點(diǎn)評(píng)：通過具體計(jì)算使學(xué)生對(duì)實(shí)物粒子的德布羅意波長有感性認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步理解實(shí)物粒子波動(dòng)性驗(yàn)證的困難。說明：由計(jì)算結(jié)果知，通常生活中觀察不到實(shí)物波動(dòng)特性征的原因。（3）實(shí)驗(yàn)技術(shù)問題的解決展示演示文稿資料：倫琴和勞厄（倫琴(WilhelmR?ntgen)，德國物理學(xué)家，1895年發(fā)現(xiàn)了X射線。勞厄(M.VonLaue)，德國物理學(xué)家，1912年提議利用晶體中物質(zhì)微粒作為衍射光柵，完成X射線的晶格衍射，成功驗(yàn)證了倫琴射線的波動(dòng)性，證實(shí)倫琴射線為電磁波。）教師總結(jié)：由于電子的德布羅意波長和倫琴射線的波長具有相近的數(shù)量級(jí)，若利用晶體做電子束的衍射實(shí)驗(yàn)?zāi)塬@得穩(wěn)定的衍射圖樣，就可以證實(shí)粒子具有波動(dòng)性，驗(yàn)證物質(zhì)波的存在。（4）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證課件演示文稿資料：電子波動(dòng)性的發(fā)現(xiàn)者———戴維森和小湯姆遜（電子波動(dòng)性的發(fā)現(xiàn),使得德布羅意由于提出實(shí)物粒子具有波動(dòng)性這一假設(shè)得以證實(shí),并因此而獲得1929年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).而戴維森和小湯姆遜由于發(fā)現(xiàn)了電子的波動(dòng)性也同獲1937年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）學(xué)生閱讀有關(guān)物理學(xué)歷史資料，了解物理學(xué)有關(guān)知識(shí)的形成建立和發(fā)展的真是過程。點(diǎn)評(píng)：應(yīng)用物理學(xué)家的歷史資料，不僅有真實(shí)感，增強(qiáng)了說服力，同時(shí)也能對(duì)學(xué)生進(jìn)行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，激發(fā)學(xué)生的探索精神。教師：講述電子衍射實(shí)驗(yàn)：1927年，兩位美國物理學(xué)家使電子束投射到鎳的晶體上，得到了電子束的衍射圖案．從而證實(shí)了德布羅意的假設(shè)。學(xué)生了解更具體的相關(guān)歷史資料。點(diǎn)評(píng)：增加真實(shí)感，使學(xué)生初步體會(huì)如何創(chuàng)造條件進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)探索，體會(huì)其中的奇妙之處。講述：除了電子以外，后來還陸續(xù)證實(shí)了質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動(dòng)性。點(diǎn)評(píng)：引用更多實(shí)驗(yàn)事實(shí)來增強(qiáng)對(duì)理論的證明。課件展示：典例探究1.試估算一個(gè)中學(xué)生在跑百米時(shí)的德布羅意波長。2.電子動(dòng)能εk=100eV；子彈動(dòng)量p=6.63×106kg·m·s-1,求它們的德布羅意波長。教師：通過計(jì)算結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)了哪些問題？學(xué)生思考討論后回答：由計(jì)算結(jié)果看出，運(yùn)動(dòng)的物體都有波動(dòng)性，但只有微觀粒子的波動(dòng)性較顯著；而宏觀粒子(如子彈)的物質(zhì)波波長非常小，所以很難觀察到其波動(dòng)性。點(diǎn)評(píng)：讓學(xué)生通過使用德布羅意關(guān)系式，掌握、運(yùn)用公式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，同時(shí)培養(yǎng)他們通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)問題的能力。5．物質(zhì)波的應(yīng)用教師：請(qǐng)同學(xué)們認(rèn)真閱讀“科學(xué)漫步”，思考一下衍射現(xiàn)象對(duì)高分辨率的顯微鏡是否有影響呢？要如何改進(jìn)？學(xué)生閱讀課本材料：科學(xué)漫步——顯微鏡的分辨本領(lǐng)。點(diǎn)評(píng)：對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行拓展，加強(qiáng)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)生活應(yīng)用的聯(lián)系。同時(shí)要讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)的成就推動(dòng)了技術(shù)的進(jìn)步，技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了科學(xué)研究的發(fā)展。（三）課堂小結(jié)教師活動(dòng)：本節(jié)課我們學(xué)習(xí)了光的本質(zhì)，即光是一種物質(zhì)，它既具有粒子性，又具有波動(dòng)性。在不同條件下表現(xiàn)出不同特性。注意對(duì)光的本質(zhì)的全面把握。學(xué)習(xí)了得到實(shí)驗(yàn)事實(shí)驗(yàn)證的實(shí)物粒子具有波動(dòng)性，其對(duì)應(yīng)的波稱之為德布羅意波（物質(zhì)波），注意掌握物質(zhì)波的計(jì)算公式，以及物質(zhì)波的應(yīng)用——電子顯微鏡。點(diǎn)評(píng)：課堂小結(jié)為學(xué)生提供本節(jié)內(nèi)容的主要知識(shí)框架，有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的及時(shí)鞏固和知識(shí)重點(diǎn)的把握。（四）作業(yè)：復(fù)習(xí)本節(jié)教材40頁“問題與練習(xí)”中各題，預(yù)做回答。點(diǎn)評(píng)：加深對(duì)課堂所學(xué)知識(shí)的理解和掌握，聯(lián)系實(shí)際對(duì)所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行應(yīng)用?！锝虒W(xué)體會(huì)本節(jié)課作為近代物理部分內(nèi)容，比較抽象，學(xué)生沒有生活經(jīng)驗(yàn)和感觀認(rèn)識(shí)，也沒有演示實(shí)驗(yàn)可以做，在課堂上注意以學(xué)生為主導(dǎo)，通過補(bǔ)充的一些史料，加深學(xué)生感受，讓學(xué)生閱讀思考后歸納得出結(jié)論，同樣能收到好的效果。（1）在有關(guān)事實(shí)和已知觀點(diǎn)基礎(chǔ)下，回顧光學(xué)的發(fā)展史，歸納光的本性，培養(yǎng)學(xué)生注意全面把握物理規(guī)律和全面把握物理規(guī)律的能力。（2）課本材料和