最新人教版选修(3-5)《崭新的一页：粒子的波动性》学案

1、最新人教版选修（3-5）崭新的一页：粒子的波动 性学案课标要求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。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，那么我们究竟 怎样来认识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实验事实）。一、光的波粒二象性1、讲述光的波粒二象性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，光子的行为服从统计

2、 规律。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。2、光子的能量与频率以及动量与波长的关系。e=hv光子说不否定波动性光具有能量动量，表明光具有粒子性。光又具有波长、频率 ，表明光具有 波动性。且由e=hv ,光子说中e=hv , 丫是表示波的物理量,可见光子说不否定波 动说。光子的动量和光子能量的比较：p=n与e =hv九p与e是描述粒子性的，入、丫是描述波动性的，h则是连接粒子和波动的 桥梁波粒二象性对光子来讲是统一的。让学生找到更多的关系公式：p =h /儿=hv/kv =8/c二、粒子的波动性1924年，德布罗意（due de broglie, 1892-1960

3、）最早想到了这个问题,并且大胆地设想，对于光子的波粒二象性会不会也适用于实物粒子。de . broglie 1924年发表了题为“波和粒子”的论文，提出了物质波的概 念。他认为，“整个世纪以来（指19世纪）在光学中比起波动的研究方法来，如 果说是过于忽视了粒子的研究方法的话，那末在实物的理论中，是否发生了相反 的错误呢？是不是我们把粒子的图象想得太多，而过分忽略了波的图象呢”于是，他提出：一切实物粒子都有具有波粒二象性。即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。能量为e、动量为p的粒子与频率为v、波长为k的波相联系，并遵从以下关 一 2系：e=mc=hvp=mv=h其中p：运动物体的动量h :

4、普朗克常量九1、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。这种和实 物粒子相联系的波称为德布罗意波（物质波或概率波），其波长大称为德布罗意波后来，大量实验都证实了：质子、中子和原子、分子等实物微观粒子都具有 波动性，并都满足德布罗意关系。实物粒子：静止质量不为零的那些微观粒子。实物粒子的波粒二象性的意思是：微观粒子既表现出粒子的特性，又表现出波动的特性。2、物质波波长德布罗意把爱因斯坦对光的波粒二象性描述应用到实物粒子，动量为p的粒子波长：hhe九=一=17pmv p各物理量的意义：九为德布罗意波长，h为普朗克常量，p为粒子动量。例题：某电视显像管中电子的运动速度是4

5、.0xl07m/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.根据公式九=h/ p计算得1.8 x 10-11m和3.3 x 10-34m计算结果表明，子弹的波长小到实验难以测量的程度，宏观物体的物质波波 长非常小，所以很难表现出其波动性。所以，宏观物体只表现出粒子性。三、物质波的实验验证通过具体计算可知：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，所以我们并不认为它有波动性.作为微观粒子的 电子，其德布罗意波波长为10tom数量级，找与之相匹配的障碍物也非易事.实 物粒子波动性验证的困难。x射线照在晶体上可以产生衍射，电子打在

6、晶体上也能观察电子衍射。电子 波动性的发现者戴维森和小汤姆逊1 .电子衍射实验11927年c.j.戴维森与g.p.革末作电子衍射实验，验证电子具有波动性。戴维逊和革末的实验是用电子束垂直投射到锲单晶,电子束被散射。其强度 分布可用德布罗意关系和衍射理论给以解释，从而验证了物质波的存在。2 .电子衍射实验2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。1927年g.p.汤姆逊（j.j.汤姆逊之子）也独立完成了电子衍射实验。与c.j.戴维森共获1937年诺贝尔物理学奖。此后 , 人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。（电子波动性的发现, 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实 , 并因此而获得1929