最近更新新人教17章波粒二象性 學(xué)案全套

1、上課日期： 年 月 日 星期 第 節(jié)§171 能量量子化：物理學(xué)的新紀(jì)元【教學(xué)目標(biāo)】1、知識(shí)與技能：1了解什么是熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射 2了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，了解黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系3了解能量子的概念2、過(guò)程與方法：了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點(diǎn)。體會(huì)量子論的建立深化了人們對(duì)于物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)。3、情感態(tài)度與價(jià)值觀：領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲，樂(lè)于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】1、重點(diǎn): 能量子的概念2、難點(diǎn): 黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律【授課內(nèi)容】引入新課19世紀(jì)末頁(yè)，牛頓

2、定律在各個(gè)領(lǐng)域里都取得了很大的成功：在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方面不用說(shuō)，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強(qiáng)、氣體的內(nèi)能。在電磁學(xué)方面，建立了一個(gè)能推斷一切電磁現(xiàn)象的 Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲-等都遵循的規(guī)律-能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。當(dāng)時(shí)許多物理學(xué)家都沉醉于這些成績(jī)和勝利之中。他們認(rèn)為物理學(xué)已經(jīng)發(fā)展到頭了。1900年，在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的新年慶祝會(huì)上，著名物理學(xué)家開(kāi)爾文作了展望新世紀(jì)的發(fā)言：“科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了?！币簿褪钦f(shuō)：物理學(xué)已經(jīng)沒(méi)有什么新東西了，后一輩只要把做過(guò)的實(shí)驗(yàn)再做一做，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的小數(shù)點(diǎn)后面在加幾位罷了！但開(kāi)爾文畢竟是一位重視現(xiàn)

3、實(shí)和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：“但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，-”這兩朵烏云是指什么呢？一朵與黑體輻射有關(guān)，另一朵與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)有關(guān)。然而， 事隔不到一年（1900年底），就從第一朵烏云中降生了量子論，緊接著（1905年）從第二朵烏云中降生了相對(duì)論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動(dòng)搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個(gè)更為遼闊的領(lǐng)域。正可謂“山重水復(fù)疑無(wú)路， 柳暗花明又一村”。點(diǎn)出課題：我們這節(jié)課就來(lái)體驗(yàn)物理學(xué)新紀(jì)元的到來(lái)能量量子化的發(fā)現(xiàn)二、進(jìn)行新課1黑體與黑體輻射1、熱輻射現(xiàn)象固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長(zhǎng)的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波

4、的現(xiàn)象稱為熱輻射。、所輻射電磁波的特征與溫度有關(guān)。固體在溫度升高時(shí)顏色的變化800k 1200k 1200k 1400k例如：鐵塊在隨溫度升高時(shí)從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色這種與溫度有關(guān)的輻射 稱為熱輻射、熱輻射 - 熱能轉(zhuǎn)化為電磁能的過(guò)程任何物體任何溫度均存在熱輻射, 溫度­ 發(fā)射的能量­直覺(jué): 低溫物體發(fā)出的是紅外光 熾熱物體發(fā)出的是可見(jiàn)光 高溫物體發(fā)出的是紫外光注意： 激光 日光燈發(fā)光不是熱輻射 無(wú)論是高溫物體還是低溫物體，都有熱輻射，所輻射的能量及其按波長(zhǎng)的分布都隨溫度而變化。 熱輻射解釋：大量帶電粒子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)引起的。物體中每個(gè)分子、原子或離子都在各自平衡

5、位置附近以各種不同頻率作無(wú)規(guī)則的微振動(dòng)，每個(gè)帶電微粒的振動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生變化的電磁場(chǎng)，從而向外輻射各種波長(zhǎng)的電磁波，形成連續(xù)的電磁波譜。思考與討論：一座建設(shè)中的樓房還沒(méi)安裝窗子，盡管室內(nèi)已經(jīng)粉刷，如果從遠(yuǎn)處看，把窗內(nèi)的亮度與樓房外墻的亮度相比，你會(huì)發(fā)現(xiàn)什么？為什么？2.、黑體輻射：能全部吸收各種波長(zhǎng)的輻射能而不發(fā)生反射，折射和透射的物體稱為絕對(duì)黑體。簡(jiǎn)稱黑體。3、黑體輻射實(shí)驗(yàn)規(guī)律：說(shuō)明：(1)黑體是個(gè)理想化的模型。 例：開(kāi)孔的空腔，遠(yuǎn)處的窗口等可近似看作黑體。 (2)對(duì)于黑體，在相同溫度下的輻射規(guī)律是相同的。輻射強(qiáng)度： 單位時(shí)間內(nèi)從物體單位面積上所發(fā)射的各種波長(zhǎng)的總輻射能，稱為輻射強(qiáng)度。公式只適用于

6、長(zhǎng)波段, 而在紫外區(qū)與實(shí)驗(yàn)不符 - 紫外災(zāi)難黑體輻射實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)晴朗天空中一朵令人不安的烏云。二、能量量子化假說(shuō)：1、普朗克能量子假說(shuō)輻射黑體分子、原子的振動(dòng)可看作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，諧振子的能量并不象經(jīng)典物理學(xué)所允許的可具有任意值。相應(yīng)的能量是某一最小能量（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：, 1, 2, 3, . n. n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。2、對(duì)于頻率為的能量子最小能量：=hh=6.626´10-34焦耳。-普朗克常數(shù) 比喻：電磁波就好象是機(jī)關(guān)槍發(fā)射子彈，子彈是一顆一顆向前運(yùn)動(dòng)的，每一顆子彈就好象是一份電磁波。3

7、、振子只能一份一份地按不連續(xù)方式輻射或吸收能量能量量子經(jīng)典4、意義： Planck拋棄了經(jīng)典物理中的能量可連續(xù)變化、物體輻射或吸收的能量可以為任意值的舊觀點(diǎn)，提出了能量子、物體輻射或吸收能量只能一份一份地按不連續(xù)的方式進(jìn)行的新觀點(diǎn)。這不僅成功地解決了熱輻射中的難題，而且開(kāi)創(chuàng)物理學(xué)研究新局面，標(biāo)志著人類對(duì)自然規(guī)律的認(rèn)識(shí)已經(jīng)從從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀領(lǐng)域，為量子力學(xué)的誕生奠定了基礎(chǔ)。5、黑體輻射公式： 普朗克在德國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)議上提出一個(gè)黑體輻射公式普朗克后來(lái)又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經(jīng)過(guò)十多年的努力證明任何復(fù)歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅(jiān)定地相信h的引入確實(shí)反映了新理

8、論的本質(zhì)。 1918年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 他的墓碑上只刻著他的姓名和h=6.6626×1034j·s【課后反思】思維方法是解決問(wèn)題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參與知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開(kāi)了思維方法和實(shí)踐活動(dòng)，物理教學(xué)就成了無(wú)源之水、無(wú)本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。上課日期： 年 月 日 星期 第 節(jié)§172 科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性【教學(xué)目標(biāo)】1、知識(shí)與技能：1通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。2知道愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。3了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動(dòng)量2、過(guò)程與方法：經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程，認(rèn)識(shí)科學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)探

9、究的方法研究物理問(wèn)題，驗(yàn)證物理規(guī)律。3、情感態(tài)度與價(jià)值觀：領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲，樂(lè)于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】1、重點(diǎn)：光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律2、難點(diǎn)：愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義【授課內(nèi)容】一、引入新課光的干涉、衍射現(xiàn)象說(shuō)明光是電磁波，光的偏振現(xiàn)象進(jìn)一步說(shuō)明光還是橫波。19世紀(jì)60年代，麥克斯韋又從理論上確定了光的電磁波本質(zhì)。然而，出人意料的是，正當(dāng)人們以為光的波動(dòng)理論似乎非常完美的時(shí)候，又發(fā)現(xiàn)了用波動(dòng)說(shuō)無(wú)法解釋的新現(xiàn)象光電效應(yīng)現(xiàn)象。對(duì)這一現(xiàn)象及其他相關(guān)問(wèn)題的研究，使得人們對(duì)光的又一本質(zhì)性認(rèn)識(shí)得到了發(fā)展。（二）進(jìn)行新課1光電效應(yīng)教

10、師：實(shí)驗(yàn)演示。（課件輔助講述）用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導(dǎo)線與不帶電的驗(yàn)電器相連），使驗(yàn)電 器張角增大到約為 30度時(shí)，再用與絲綢磨擦過(guò)的玻璃棒去靠近鋅板，則驗(yàn)電器的指針張角會(huì)變大。學(xué)生：認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)。教師提問(wèn)：上述實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么？學(xué)生：表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電。概念：在光(包括不可見(jiàn)光)的照射下，從物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。發(fā)射出來(lái)的電子叫做光電子。2光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律（1）光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)如圖所示，光線經(jīng)石英窗照在陰極上，便有電子逸出-光電子。光電子在電場(chǎng)作用下形成光電流。概念：遏止電壓將換向開(kāi)關(guān)反接，電場(chǎng)反向，則光電子離開(kāi)陰極后將受反向電場(chǎng)阻礙作用。當(dāng) K、A 間

11、加反向電壓，光電子克服電場(chǎng)力作功，當(dāng)電壓達(dá)到某一值 Uc 時(shí)，光電流恰為0。 Uc稱遏止電壓。根據(jù)動(dòng)能定理，有（2）光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律 光電流與光強(qiáng)的關(guān)系飽和光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比。 截止頻率c -極限頻率對(duì)于每種金屬材料，都相應(yīng)的有一確定的截止頻率c 。 當(dāng)入射光頻率>c 時(shí)，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率 <c時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)多大也無(wú)電子逸出金屬表面。 光電效應(yīng)是瞬時(shí)的。從光開(kāi)始照射到光電子逸出所需時(shí)間<10-9s。3光電效應(yīng)解釋中的疑難經(jīng)典理論無(wú)法解釋光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。經(jīng)典理論認(rèn)為，按照經(jīng)典電磁理論，入射光的光強(qiáng)越大，光波的電場(chǎng)強(qiáng)度的振幅也越大，作用在金屬中電子上

12、的力也就越大，光電子逸出的能量也應(yīng)該越大。也就是說(shuō)，光電子的能量應(yīng)該隨著光強(qiáng)度的增加而增大，不應(yīng)該與入射光的頻率有關(guān)，更不應(yīng)該有什么截止頻率。光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)表明：飽和電流不僅與光強(qiáng)有關(guān)而且與頻率有關(guān)，光電子初動(dòng)能也與頻率有關(guān)。只要頻率高于極限頻率，即使光強(qiáng)很弱也有光電流；頻率低于極限頻率時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)再大也沒(méi)有光電流。光電效應(yīng)具有瞬時(shí)性。而經(jīng)典認(rèn)為光能量分布在波面上，吸收能量要時(shí)間，即需能量的積累過(guò)程。為了解釋光電效應(yīng)，愛(ài)因斯坦在能量子假說(shuō)的基礎(chǔ)上提出光子理論，提出了光量子假設(shè)。4愛(ài)因斯坦的光量子假設(shè)（1）內(nèi)容光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)以能量為h的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時(shí)也是如此。也就是說(shuō)，頻率為

13、 的光是由大量能量為 E =h的光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速 c 運(yùn)動(dòng)。（2）愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程在光電效應(yīng)中金屬中的電子吸收了光子的能量，一部分消耗在電子逸出功W0，另一部分變?yōu)楣怆娮右莩龊蟮膭?dòng)能 Ek 。由能量守恒可得出：W0為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功Wk為光電子的最大初動(dòng)能。（3）愛(ài)因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋：光強(qiáng)大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。電子只要吸收一個(gè)光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時(shí)間的累積。 從方程可以看出光電子初動(dòng)能和照射光的頻率成線性關(guān)系從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動(dòng)能為零時(shí)，可得極限頻率：愛(ài)因斯坦光子假說(shuō)圓滿解釋了光電效應(yīng)，但當(dāng)

14、時(shí)并未被物理學(xué)家們廣泛承認(rèn)，因?yàn)樗耆`背了光的波動(dòng)理論。5光電效應(yīng)理論的驗(yàn)證:美國(guó)物理學(xué)家密立根，花了十年時(shí)間做了“光電效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)，結(jié)果在1915年證實(shí)了愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程，h 的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。展示演示文稿資料：愛(ài)因斯坦和密立根由于愛(ài)因斯坦提出的光子假說(shuō)成功地說(shuō)明了光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，榮獲1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。密立根由于研究基本電荷和光電效應(yīng)，特別是通過(guò)著名的油滴實(shí)驗(yàn)，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。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(shuō)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

15、的探索精神。例題 （教材36頁(yè)）學(xué)生通過(guò)運(yùn)算得出相應(yīng)的正確結(jié)果。點(diǎn)評(píng)：理論聯(lián)系實(shí)際，適量的練習(xí)題可以進(jìn)一步鞏固和掌握所學(xué)理論知識(shí)。6康普頓效應(yīng)（1）光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。（2）康普頓效應(yīng)1923年康普頓在做 X 射線通過(guò)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長(zhǎng)相同的射線外，還有比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線，其波長(zhǎng)的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長(zhǎng) 和散射物質(zhì)都無(wú)關(guān)。（3）康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律：按經(jīng)典電磁理論：如果入射X光是某種波長(zhǎng)的電磁波，散射光的波長(zhǎng)是不會(huì)改變的！散射中出現(xiàn)的現(xiàn)象，稱為康普頓散射?？灯疹D散射曲線的特點(diǎn)： 除原

16、波長(zhǎng)外出現(xiàn)了移向長(zhǎng)波方向的新的散射波長(zhǎng) 新波長(zhǎng)隨散射角的增大而增大。波長(zhǎng)的偏移為波長(zhǎng)的偏移只與散射角有關(guān)，而與散射物質(zhì)種類及入射的X射線的波長(zhǎng)無(wú)關(guān)， = 0.0241Å=2.41×10-3nm（實(shí)驗(yàn)值）稱為電子的Compton波長(zhǎng)只有當(dāng)入射波長(zhǎng)與可比擬時(shí)，康普頓效應(yīng)才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見(jiàn)光觀察不到康普頓散射。（3）經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時(shí)遇到的困難根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過(guò)物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng)，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。無(wú)法解釋波長(zhǎng)改變和散射角的關(guān)系。（4）光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋

17、若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)。 若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個(gè)原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論， 碰撞前后光子能量幾乎不變，波長(zhǎng)不變。因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長(zhǎng)改變和散射角有關(guān)。（5）康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè)； 首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”的假設(shè)；證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的。展示演示文稿資料：康普頓康普頓的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期的幾篇論文中，一直認(rèn)為散射光頻率的改變是由于“混進(jìn)來(lái)了某

18、種熒光輻射”；在計(jì)算中起先只考慮能量守恒，后來(lái)才認(rèn)識(shí)到還要用動(dòng)量守恒。康普頓于1927年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。展示演示文稿資料：吳有訓(xùn)對(duì)研究康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn)1923年，吳有訓(xùn)參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)的研究工作.19251926年，吳有訓(xùn)用銀的X射線(=5.62nm) 為入射線，以15種輕重不同的元素為散射物質(zhì)，在同一散射角( )測(cè)量各種波長(zhǎng)的散射光強(qiáng)度，作了大量X射線散射實(shí)驗(yàn)。對(duì)證實(shí)康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn)。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(shuō)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。（6）光子的能量和動(dòng)量說(shuō)明：動(dòng)量能量是描述粒子的，頻率和

19、波長(zhǎng)則是用來(lái)描述波的（三）課堂小結(jié)教師活動(dòng)：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請(qǐng)一個(gè)同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請(qǐng)同學(xué)評(píng)價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。學(xué)生活動(dòng)：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會(huì)寫下來(lái)、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰(shuí)的更好，好在什么地方。上課日期： 年 月 日 星期 第 節(jié)§17.3 嶄新的一頁(yè)：粒子的波動(dòng)性【教學(xué)目標(biāo)】 1、知識(shí)與技能：了解光的波粒二象性 了解粒子的波動(dòng)性2、過(guò)程與方法：培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析能力。3、情感態(tài)度與價(jià)值觀：培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，正確地獲取知識(shí)的方法?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】1、重點(diǎn)：粒子波動(dòng)性的理解2、難點(diǎn)：對(duì)德布羅意波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證【授課

20、內(nèi)容】一、說(shuō)明：光的波粒二象性的聯(lián)系 （1）、E=h 光子說(shuō)不否定波動(dòng)性 光具有能量動(dòng)量，表明光具有粒子性。光又具有波長(zhǎng)、頻率，表明光具有波動(dòng)性。且由E=h，光子說(shuō)中E=h，是表示波的物理量，可見(jiàn)光子說(shuō)不否定波動(dòng)說(shuō)。（2）、光子的動(dòng)量和光子能量的比較：p=與=h與是描述粒子性的，、是描述波動(dòng)性的，h則是連接粒子和波動(dòng)的橋梁波粒二象性對(duì)光子來(lái)講是統(tǒng)一的。二、德布羅意波（物質(zhì)波）1924年，德布羅意(due de Broglie, 1892-1960)最早想到了這個(gè)問(wèn)題，并且大膽地設(shè)想，對(duì)于光子的波粒二象性會(huì)不會(huì)也適用于實(shí)物粒子。De . Broglie 1924年發(fā)表了題為“波和粒子”的論文，提

21、出了物質(zhì)波的概念。他認(rèn)為，“整個(gè)世紀(jì)以來(lái)（指19世紀(jì)）在光學(xué)中比起波動(dòng)的研究方法來(lái)，如果說(shuō)是過(guò)于忽視了粒子的研究方法的話，那末在實(shí)物的理論中，是否發(fā)生了相反的錯(cuò)誤呢？是不是我們把粒子的圖象想得太多，而過(guò)分忽略了波的圖象呢” 于是，他提出：一切實(shí)物粒子都有具有波粒二象性。即每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系。能量為E、動(dòng)量為p的粒子與頻率為v、波長(zhǎng)為l的波相聯(lián)系，并遵從以下關(guān)系：E=mc2=hv p=mv= 其中p：運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量 h：普朗克常量1、德布羅意波這種和實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波(物質(zhì)波或概率波),其波長(zhǎng)l稱為德布羅意波長(zhǎng)。2、一切實(shí)物粒子都有波動(dòng)性。后來(lái)，大量實(shí)驗(yàn)都證實(shí)了

22、：質(zhì)子、中子和原子、分子等實(shí)物微觀粒子都具有波動(dòng)性，并都滿足德布羅意關(guān)系。一顆子彈、一個(gè)足球有沒(méi)有波動(dòng)性呢？【例1】試估算一個(gè)中學(xué)生在跑百米時(shí)的德布羅意波的波長(zhǎng)。解：估計(jì)一個(gè)中學(xué)生的質(zhì)量m50kg ，百米跑時(shí)速度v7m/s ，則 =1.9×1036m計(jì)算結(jié)果表明，子彈的波長(zhǎng)小到實(shí)驗(yàn)難以測(cè)量的程度，宏觀物體的物質(zhì)波波長(zhǎng)非常小，所以很難表現(xiàn)出其波動(dòng)性。所以，宏觀物體只表現(xiàn)出粒子性?？梢?jiàn)，只有微觀粒子的波動(dòng)性較顯著；而宏觀粒子(如子彈)的波動(dòng)性根本測(cè)不出來(lái)。德布羅意公式成為揭示微觀粒子波粒二象性的統(tǒng)一性的基本公式，1929年，De Broglie因發(fā)現(xiàn)電子波而榮獲Nobel 物理學(xué)獎(jiǎng)。三、

23、物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證G.P.湯姆孫電子衍射實(shí)驗(yàn)1927年湯姆孫觀察了電子束透過(guò)多晶薄片的衍射現(xiàn)象.1961年,C.約恩孫讓電子束通過(guò)單縫、多縫的衍射圖樣.上課日期： 年 月 日 星期 第 節(jié)§17.4 概率波 【教學(xué)目標(biāo)】（一）知識(shí)與技能1了解微粒說(shuō)的基本觀點(diǎn)及對(duì)光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問(wèn)題2了解波動(dòng)說(shuō)的基本觀點(diǎn)及對(duì)光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問(wèn)題3了解事物的連續(xù)性與分立性是相對(duì)的，了解光既有波動(dòng)性，又有粒子性4了解光是一種概率波（二）過(guò)程與方法1領(lǐng)悟什么是概率波2了解物理學(xué)中物理模型的特點(diǎn)初步掌握科學(xué)抽象這種研究方法3通過(guò)數(shù)形結(jié)合的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)數(shù)學(xué)工具在物理科學(xué)中的作用（三）情感、態(tài)度與價(jià)值

24、觀理解人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)和研究經(jīng)歷了一個(gè)十分漫長(zhǎng)的過(guò)程，這一過(guò)程也是辯證發(fā)展的過(guò)程根據(jù)事實(shí)建立學(xué)說(shuō)，發(fā)展學(xué)說(shuō)，或是決定學(xué)說(shuō)的取舍，發(fā)現(xiàn)新的事實(shí)，再建立新的學(xué)說(shuō)人類就是這樣通過(guò)光的行為，經(jīng)過(guò)分析和研究，逐漸認(rèn)識(shí)光的本性的【重點(diǎn)難點(diǎn)】1、重點(diǎn)：人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)的發(fā)展過(guò)程2、難點(diǎn)：對(duì)量子化、波粒二象性、概率波等概念的理解【授課內(nèi)容】一、經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波在經(jīng)典物理學(xué)的觀念中，人們形成了一種觀念，物質(zhì)要么具有粒子性，要么具有波動(dòng)性，非此即彼。任意時(shí)刻的確定位置和速度以及空中的確定軌道，是經(jīng)典物理學(xué)粒子運(yùn)動(dòng)的基本特征。與經(jīng)典的粒子不同，經(jīng)典的波在空間中是彌散開(kāi)來(lái)的，其特征是具有頻率和波長(zhǎng)，也就是

25、具有時(shí)空的周期性。 顯而易見(jiàn)，在經(jīng)典物理學(xué)中，波和粒子是兩種不同的研究對(duì)象，具有非常不同的表現(xiàn)。那么，為什么光和微觀粒子既表現(xiàn)有波動(dòng)性又表現(xiàn)有粒子性的雙重屬性呢？學(xué)生跟隨老師的講述對(duì)于原來(lái)所學(xué)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行自主的回顧和歸納整理。點(diǎn)評(píng)：對(duì)于已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的知識(shí)可以穿插在平常的教學(xué)過(guò)程中時(shí)常進(jìn)行溫習(xí)反思和類比遷移，多次反復(fù)一定可以幫助學(xué)生更好的掌握和利用知識(shí)。問(wèn)題：在微觀世界中，如何把波的圖象與粒子的圖象統(tǒng)一起來(lái)呢？學(xué)生思考、討論后給出一些答復(fù)，就各種答案加以分析提煉總結(jié)。點(diǎn)評(píng)：給學(xué)生一定的自主學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間效果比被動(dòng)的接受知識(shí)要好，能夠更加有效的培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和能動(dòng)性。二、概率波1、德布羅意

26、波的統(tǒng)計(jì)解釋1926年，德國(guó)物理學(xué)玻恩 （Born ， 1882-1972） 提出了概率波，認(rèn)為個(gè)別微觀粒子在何處出現(xiàn)有一定的偶然性，但是大量粒子在空間何處出現(xiàn)的空間分布卻服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。展示演示文稿資料：玻恩點(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(shuō)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。、概率波對(duì)光的雙縫衍射現(xiàn)象的解釋：光是一種粒子，它和物質(zhì)的作用是“一份一份”地進(jìn)行的.用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn).從光子打在膠片上的位置，我們發(fā)現(xiàn)了規(guī)律性.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng)，底片上只出現(xiàn)一些無(wú)規(guī)則分布的點(diǎn)子，那些點(diǎn)子是光子打在底片

27、上形成的，如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，我們無(wú)法把它們區(qū)分開(kāi)，因此看起來(lái)是連續(xù)的.單個(gè)光子通過(guò)雙縫后的落點(diǎn)無(wú)法預(yù)測(cè),但是研究很多光子打在膠片上的位置,我們發(fā)現(xiàn)了規(guī)律性:光子落在某些條形區(qū)域內(nèi)的可能性較大.這些條形區(qū)域正是某種波通過(guò)雙縫后發(fā)生干涉時(shí)振幅加強(qiáng)的區(qū)域.這個(gè)現(xiàn)象表明，光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大?。ǜ怕剩?，正是由于這個(gè)原因，1926年德國(guó)的物理學(xué)家波恩指出：雖然不能肯定某個(gè)光子落在哪一點(diǎn)，但由屏上各處明暗不同可知，光子落在各點(diǎn)的概率是不一樣的，即光子落在明紋處的概率大，落在暗紋處的概率小。這就是說(shuō)，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過(guò)波動(dòng)的規(guī)律確定，所以，從光子的概念上看，光波是一種概率波。物理學(xué)中把

28、光波叫做概率波. 概率表征某一事物出現(xiàn)的可能性.經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探索，人們對(duì)光的認(rèn)識(shí)越來(lái)越深入了.光既是一種波,又是一種粒子,光既表現(xiàn)出波動(dòng)性又表現(xiàn)出粒子性.而在我們的經(jīng)驗(yàn)中找不到既是波,又是粒子的東西.這是因?yàn)槲覀兊慕?jīng)驗(yàn)局限于宏觀物體的運(yùn)動(dòng),微觀世界的某些屬性與宏觀世界不同，我們從來(lái)沒(méi)有過(guò)類似的經(jīng)歷.隨著人類的認(rèn)識(shí)范圍不斷擴(kuò)展，不可能直接感知的事物出現(xiàn)在我們面前.在這種情況下我們就要設(shè)想一種模型，盡管以日常經(jīng)驗(yàn)來(lái)衡量，這個(gè)模型的行為十分古怪，但是只要能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，它就能夠在一定范圍內(nèi)正確代表所研究的對(duì)象.、光的波動(dòng)性與粒子性是不同條件下的表現(xiàn)：講述：大量光子行為顯示波動(dòng)性；個(gè)別光子行為顯示粒子

29、性；光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性越強(qiáng)；光的波長(zhǎng)越短，粒子性越強(qiáng)、概率波對(duì)物質(zhì)波的雙縫衍射現(xiàn)象的解釋對(duì)于電子和其他微觀粒子，由于同樣具有波粒二象性，所以與它們相聯(lián)系的物質(zhì)波也是概率波。也就是說(shuō)，單個(gè)粒子位置是不確定的。對(duì)于大量粒子，這種概率分布導(dǎo)致確定的宏觀結(jié)果?？傊?，按光子的模型，用統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)看待單個(gè)粒子與粒子總體的聯(lián)系，并將波的觀點(diǎn)與粒子觀點(diǎn)結(jié)合起來(lái)了，但這里的波是特殊意義的波，因而被稱為“概率波” 這種對(duì)物質(zhì)波衍射與實(shí)物粒子的波粒二象性的理解，稱作統(tǒng)計(jì)解釋或概率解釋點(diǎn)評(píng)：存疑求解，人類社會(huì)的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步都是在這樣的情景下取得。三、課堂小結(jié)教師活動(dòng)：光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性。既不可

30、把光看成宏觀觀念中的波，也不可把光看成宏觀觀念中的粒子。學(xué)生在老師進(jìn)行小結(jié)的同時(shí)可以同步把自己對(duì)于本節(jié)課的內(nèi)容小結(jié)進(jìn)行參照對(duì)比，查漏補(bǔ)缺。點(diǎn)評(píng)：課堂小結(jié)有利于學(xué)生對(duì)當(dāng)堂課的內(nèi)容形成完善的知識(shí)框架，強(qiáng)化理解和把握一些知識(shí)重點(diǎn)和難點(diǎn)。四、作業(yè)：完成講義相應(yīng)練習(xí)教學(xué)體會(huì)上課日期： 年 月 日 星期 第 節(jié)§17.5 不確定關(guān)系【教學(xué)目標(biāo)】（一）知識(shí)與技能1了解不確定關(guān)系的概念和相關(guān)計(jì)算2了解物理模型與物理現(xiàn)象（二）過(guò)程與方法經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程，認(rèn)識(shí)科學(xué)探究的意義，嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問(wèn)題，驗(yàn)證物理規(guī)律。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀能領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲，樂(lè)

31、于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】1、重點(diǎn)：不確定關(guān)系的概念 2、難點(diǎn)：對(duì)不確定關(guān)系的定量應(yīng)用【授課內(nèi)容】（一）引入新課提問(wèn)：對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)？學(xué)生思考、回答：光具有波動(dòng)性和粒子性，是一種概率波。設(shè)疑：既然光是粒子，那么它的運(yùn)動(dòng)還遵守牛頓運(yùn)動(dòng)定律嗎？還能用質(zhì)點(diǎn)的位置和動(dòng)量來(lái)描述它的運(yùn)動(dòng)嗎？點(diǎn)評(píng)：引發(fā)學(xué)生的好奇心，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。教師：回答是否定的。光子的運(yùn)動(dòng)具有不確定性。這節(jié)課我們就來(lái)學(xué)習(xí)有關(guān)知識(shí)。（二）進(jìn)行新課1不確定性關(guān)系（uncertainty relatoin）經(jīng)典力學(xué)：運(yùn)動(dòng)物體有完全確定的位置、動(dòng)量、能量等。微觀粒子：位置、動(dòng)量等具有不確定量（概率）。（

32、1）電子衍射中的不確定度展示演示文稿資料：如圖所示，一束電子以速度 v 沿 oy 軸射向狹縫。電子在中央主極大區(qū)域出現(xiàn)的幾率最大。講述：在經(jīng)典力學(xué)中，粒子（質(zhì)點(diǎn)）的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用位置坐標(biāo)和動(dòng)量來(lái)描述，而且這兩個(gè)量都可以同時(shí)準(zhǔn)確地予以測(cè)定。然而，對(duì)于具有二象性的微觀粒子來(lái)說(shuō)，是否也能用確定的坐標(biāo)和確定的動(dòng)量來(lái)描述呢？下面我們以電子通過(guò)單縫衍射為例來(lái)進(jìn)行討論。設(shè)有一束電子沿oy軸射向屏AB上縫寬為a的狹縫，于是，在照相底片CD上，可以觀察到如下圖所示的衍射圖樣。如果我們?nèi)杂米鴺?biāo)x和動(dòng)量p來(lái)描述這一電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，那么，我們不禁要問(wèn)：一個(gè)電子通過(guò)狹縫的瞬時(shí)，它是從縫上哪一點(diǎn)通過(guò)的呢?也就是說(shuō)，電子通過(guò)狹

33、縫的瞬時(shí)，其坐標(biāo)x為多少?顯然，這一問(wèn)題，我們無(wú)法準(zhǔn)確地回答，因?yàn)榇藭r(shí)該電子究竟在縫上哪一點(diǎn)通過(guò)是無(wú)法確定的，即我們不能準(zhǔn)確地確定該電子通過(guò)狹縫時(shí)的坐標(biāo)。研究表明：對(duì)于第一衍射極小，式中為電子的德布羅意波長(zhǎng)。電子的位置和動(dòng)量分別用x和p來(lái)表示。電子通過(guò)狹縫的瞬間，其位置在 x 方向上的不確定量為同一時(shí)刻，由于衍射效應(yīng)，粒子的速度方向有了改變，縫越小，動(dòng)量的分量 px變化越大。分析計(jì)算可得：式中h為普朗克常量。這就是著名的不確定性關(guān)系，簡(jiǎn)稱不確定關(guān)系。上式表明：許多相同粒子在相同條件下實(shí)驗(yàn)，粒子在同一時(shí)刻并不處在同一位置。用單個(gè)粒子重復(fù)，粒子也不在同一位置出現(xiàn)。例題解析：例1一顆質(zhì)量為10g 的子彈，具有200m·s-1的速率，若其動(dòng)量的不確定范圍為動(dòng)量的0. 01%(這在宏觀范圍是十分精確的了)，則該子彈位置的不確定量范圍為多大