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《物粒子的波粒二象性》高三物理教案

时间：2023-01-27 07:25:55 教案收藏本文下载本文

《物粒子的波粒二象性》高三物理教案（锦集7篇）由网友“青川飞”投稿提供，下面是小编为大家整理后的《物粒子的波粒二象性》高三物理教案，以供大家参考借鉴!

《物粒子的波粒二象性》高三物理教案

篇1：物粒子的波粒二象性物理教案

物粒子的波粒二象性物理教案

教学目标

1、与技能

(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。

(4)了解不确定关系的概念和相关计算;

2、过程与

(1)了解物理真知形成的过程;

(2)了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性;

(3)知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。

3、情感、态度与价值观

(1)通过阅读和介绍讲解，使了解科学真知的得到并非一蹴而就，需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正与修正;

(2)通过相关理论的实验验证，使学生逐步形成严谨求实的科学态度;

(3)通过了解电子衍射实验，使学生了解创造条件来进行有关物理实验的方法。

教学重点：实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系。

教学难点：实物粒子的波动性的理解。

教学方法：学生阅读-讨论交流-教师讲解-归纳总结。

教学用具：课件：PP演示文稿(科学家介绍，本节知识结构)。多媒体教学设备

(一)引入新课

提问：前面我们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)。

我们不能片面地认识事物，能举出本学科或其他学科或生活中类似的'事或物吗?

(二)进行新课

1、光的波粒二象性

讲述光的波粒二象性，进行归纳整理。

(1)我们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规律。

(2)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。

提问：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?

3、粒子的波动性

提问：谁大胆地将光的波粒二象性推广到实物粒子?只是因为他大胆吗?(法国科学家德布罗意考虑到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的，大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子高中化学。)

(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。

(2)物质波波长： =

提问：各物理量的意义?( 为德布罗意波长，h为普朗克常量，p为粒子动量)

篇2：如何理解波粒二象性

如何理解波粒二象性

微观粒子的波粒二象性是凭我们的日常经验很不容易理解的一种现象.光子怎么既是一种粒子,又是一种波呢?这太难理解了.说实话,这个问题不仅让一般的`读者头疼,即使请教专门研究粒子的科学家,他们也未必能说得清楚.所以,当有读者来信要我们谈谈对波粒二象性的理解时,我实在感到很为难.

作者：杜仲作者单位：刊名：大科技・科学之谜英文刊名：SUPER SCIENCE - MYSTERY OF SCIENCE 年，卷(期)： “”(11) 分类号：关键词：

篇3：光的波粒二象性

教学目标

（1）知道光具有波粒二象性。

（2）知道概率波的概念。

教学建议

教材分析

分析一：教材先总结前面所学知识，提出光具有波粒二象性，并进一步指出光波是一种概率波：大量光子表现出的波动性强，少量光子表现出的粒子性强；频率高的光子表现出的粒子性强，频率低的光子表现出的波动性强。

分析二：教材中内容要求较低，学生掌握部分以记忆为主。

教法建议

建议：可以由教师提出思考问题，学生再阅读课本自学，最后学生回答问题，有不明白的地方由教师解释。

--示例

光的波粒二象性

教学重点：光具有波粒二象性

教学难点：对波粒二象性的理解

示例：

由教师提出思考问题（光波能干涉和衍射，说明光具有波动性；而光电效应又说明光具有粒子性，那么光波到底是波还是粒子呢？），学生再阅读课本自学，最后学生回答思考问题，有不明白的地方由教师解释。

探究活动

题目：光学发展史

组织：个人

方案：科普论文

评价：科普性

篇4：光的波粒二象性

教学目标

（1）知道光具有波粒二象性。

（2）知道概率波的概念。

教学建议

教材分析

分析一：教材先总结前面所学知识，提出光具有波粒二象性，并进一步指出光波是一种概率波：大量光子表现出的波动性强，少量光子表现出的粒子性强；频率高的.光子表现出的粒子性强，频率低的光子表现出的波动性强。

分析二：教材中内容要求较低，学生掌握部分以记忆为主。

教法建议

建议：可以由教师提出思考问题，学生再阅读课本自学，最后学生回答问题，有不明白的地方由教师解释。

教学设计示例

篇5：光的波粒二象性

教学重点：光具有波粒二象性

教学难点：对波粒二象性的理解

示例：

探究活动

题目：光学发展史

组织：个人

方案：科普论文

评价：科普性

篇6：「知识点」光的波粒二象性

「知识点」光的波粒二象性

光学现象是与人类的生产和日常生活密切相关的．人类在对光学现象、规律的研究的同时，也开始了对光本性的探究．

到了17世纪，人类对光的本性的认识逐渐形成了两种学说．

（一）光的微粒说

一般，人们都认为牛顿是微粒说的代表，牛顿于1675年曾提出：“光是一群难以想象的细微而迅速运动的大小不同的粒子”，这些粒子被发光体“一个接一个地发射出来”．用这样的观点，解释光的直进性、影的形成等现象是十分方便的．

在解释光的反射和折射现象时，同样十分简便．当光射到两种介质的界面时，要发生反射和折射．在解释反射现象时，只要假设光的微粒在与介质作用时，其相互作用，使微粒的速度的竖直分量方向变化，但大小不变；水平分量的大小和方向均不发生变化（因为在这一方向上没有相互作用），就可以准确地得出光在反射时，反射角等于入射角这一与实验事实吻合的结论．

说到折射，笛卡儿曾用类似的假设，成功地得出了入射角正弦与折射角正弦之比为一常数的结论．但当光从光疏介质射向光密介质时，发生的是近法线折射，即入射角大，折射角小．这时，必须假设光在光密介质的传播速度较光在光疏介质中的传播速度大才行．

一束光入射到两种介质界面时，既有反射，又有折射．何种情况发生反射，何种情况下又发生折射呢？微粒说在解释这一点时遇到了很大的困难．为此，牛顿提出了著名的“猝发理论”．他提出：“每一条光线在通过任何折射面时，便处于某种为时短暂的过渡性结构和状态之中．在光线的前进过程中，这种状态每隔相等的间隔（等时或等距）内就复发一次，并使光线在它每一次复发时，容易透过下一个折射面，而在它（相继）两次复发之间容易被这个面所反射”，“我将把任何一条光线返回到倾向于反射（的状态）称它为‘容易反射的猝发’，而把它返回到倾向于透射（的状态）称它为‘容易透射的猝发’，并且把每一次返回和下一次返回之间所经过的距离称它为‘猝发的间隔’”．如果说“猝发理论”还能解释反射和折射的话，那么，以微粒说解释两束光相遇后，为何仍能沿原方向传播这一常见的现象，微粒说则完全无能为力了．

（二）光的波动说

关于光的本性，当时还存在另一种观点，即光的波动说．认为光是某种振动，以波的形式向四周围传播．其代表人物是荷兰物理学家惠更斯．他认为，光是由发光体的微小粒子的振动在弥漫于一切地方的“以太”介质中传播过程，而不是像微粒说所设想的像子弹和箭那样的运动．他指出：“假如注意到光线向各个方向以极高的速度传播，以及光线从不同的地点甚至是完全相反的地方发出时，光射线在传播中一条光线穿过另一条光线而相互毫不影响，就能完全明白这一点：当我们看到发光的物体时，决不可能是由于从它所发生的物质，像穿过空气的子弹和箭一样，通过物质迁移所引起的”．他把光比作在水面上投入石块时产生的同心圆状波纹．发光体中的每一个微粒把振动，通过“以太”这种介质向周围传播，发出一组组同心的球面波．波面上的每一点，又可以此点为中心，再向外传播子波．当然，这样的观点解释同时发生反射和折射，比微粒说的“猝发理论”方便得多，以水波为例，水波在传播时，反射与折射可以同时发生．一列水波在与另一列水波相遇时，可以毫无影响的相互通过．

惠更斯用波动说还解释了光的反射和折射．但他在解释光自光疏介质射向光密介质的近法线折射时，需假设光在光密介质中的传播速度较小．现代光速的测定表明，波动说在解释折射时依据的假设是正确的：光在光密介质中传播时光速较小．但在17世纪时，光速的测量尚在起步阶段，谁是谁非，没有定论．

当然，光的波动说在解释光的直进性和何以能在传播时，会在不透明物体后留下清晰的影子等问题也遇到困难．

可见，光的微粒说和波动说在解释光学现象时，都各有成功的一面，但都不能完满地解释当时所了解的各种光学现象．

在其后的100多年中，主要由于牛顿的崇高地位及声望，因而微粒说一直占主导地位，波动说发展很缓慢．人类对光本性的认识，还期待新的现象的发现．直到19世纪初，人们发现了光的干涉现象，进一步研究了光的衍射现象．干涉和衍射是波动的重要特征，从而光的波动说得到迅速发展．人类对光的本性的认识达到一个新的阶段．

（三）牛顿理论中的波动性思想

作为一代物理学大师的牛顿，是提倡了微粒说，但他却并不排斥波动说．他根据他所做过的大量实验和缜密的思考，提出了不少卓越的、富有启发性的思想．在关于颜色的见解上，他提出“不同种类的光线，是否引起不同大小的振动，并按其大小而激起不同的颜色感觉，正像空气的振动按其大小而激起不同的声音感觉一样？而且是否特别是那些最易折射的光线激起最短的振动以造成深紫色的感觉，最不易折射的光线激起最长的振动，以造成深红色的'感觉，而介于两者之间的各种光线激起各种中间大小的振动而造成中间颜色的感觉？”

他同时还提出：“扔一块石头到平静的水面中，由此激起的水波将在石头落水的地方持续一段时间，并从这里以同心圆的形式在水面上向远处传播．空气用力撞击所激起的振动和颤动也将持续少许时间，并从撞击处以同心球的形式传播到远方，与此相似，当光线射到任何透明体的表面并在那里折射或反射时，是不是因此就要在反射或折射介质中入射点的地方，激起振动和颤动的波，而且这种振动总能在那里发生并从那里传播出去．”

在解释光现象中，牛顿还多次提出了周期性的概念．而具有周期性，也是波动的一个重要特征．提出波动说的惠更斯却否认振动或波动的周期性．因此，对牛顿来说，在他的微粒说理论中包含有波动说的合理因素．究竟谁是谁非，牛顿认为“我只是对尚待发现的光和它对自然结构的那些效果开始作了一些分析，对它作了几点提示，而把这些提示留待那些好奇的人们进一步去用实验和观察来加以证明和改进．”牛顿的严谨，兼收并蓄的科学态度是值得我们学习的，恐怕这也是他成为物理学大师的原因之一．

（四）理解光的波粒二象性

1、动画（参考媒体资料中的动画“光的波粒二象性”）：当我们用很弱的光做双缝干涉实验时，将感光胶片放在屏的位置上，会看到什么样的照片呢？为什么会有这种现象？

分析图片：

结论：

1、上面图片清晰的显示了光的粒子性．

2、光子落在某些条形区域内的可能性较大（对于波的干涉即为干涉加强区），说明光子在空间各点出现的可能性的大小【知识点】光的波粒二象性可以用波动规律进行解释．

得出：光波是一种概率波，概率表征某一事物出现的可能性．

高考物理

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篇7：高三物理实物粒子的波粒二象性教案

高三物理实物粒子的波粒二象性教案

教学目标

1、知识与技能

(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。

(4)了解不确定关系的概念和相关计算;

2、过程与方法

(1)了解物理真知形成的历史过程;

(2)了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性;

(3)知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。

3、情感、态度与价值观

(1)通过学生阅读和教师介绍讲解，使学生了解科学真知的得到并非一蹴而就，需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正与修正;

(2)通过相关理论的实验验证，使学生逐步形成严谨求实的科学态度;

(3)通过了解电子衍射实验，使学生了解创造条件来进行有关物理实验的方法。

教学重点：实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系。

教学难点：实物粒子的波动性的理解。

教学方法：学生阅读-讨论交流-教师讲解-归纳总结。

教学用具：课件：PP演示文稿(科学家介绍，本节知识结构)。多媒体教学设备

教学过程

(一)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)。

我们不能片面地认识事物，能举出本学科或其他学科或生活中类似的事或物吗?

(二)进行新课

1、光的波粒二象性

讲述光的波粒二象性，进行归纳整理。

(2)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。

提问：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?

3、粒子的波动性

提问：谁大胆地将光的波粒二象性推广到实物粒子?只是因为他大胆吗?(法国科学家德布罗意考虑到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的成功，大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子。)

(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。

(2)物质波波长：

提问：各物理量的意义?(为德布罗意波长，h为普朗克常量，p为粒子动量)

阅读课本有关内容，为什么德布罗意波观点很难通过实验验证?又是在怎样的条件下使实物粒子的波动性得到了验证?

4、物质波的实验验证

提问：粒子波动性难以得到验证的原因?(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10-10m数量级，找与之相匹配的障碍物也非易事)

例题：某电视显像管中电子的运动速度是4.0×107m/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。(根据公式计算得1.8×10-11m和3.3×10-34m)

电子波动性的发现者――戴维森和小汤姆逊

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年诺贝尔物理学奖，而戴维森和小汤姆逊由于发现了电子的波动性也同获1937年诺贝尔物理学奖。

阅读有关物理学历史资料，了解物理学有关知识的形成建立和发展的真是过程。(应用物理学家的历史资料，不仅有真实感，增强了说服力，同时也能对学生进行发放教育，有利于培养学生的科学态度和科学精神，激发学生的探索精神)

电子衍射实验：1927年，两位美国物理学家使电子束投射到镍的晶体上，得到了电子束的衍射图案，从而证实了德布罗意的假设。除了电子以外，后来还陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性。

提问：衍射现象对高分辨率的显微镜有影响否?如何改进?(显微镜的分辨本领)

5、德布罗意波的统计解释

1926年，德国物理学玻恩(Born，1882--1972)提出了概率波，认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性，但是大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的`统计规律。

6、经典波动与德布罗意波(物质波)的区别

经典的波动(如机械波、电磁波等)是可以测出的、实际存在于空间的一种波动。而德布罗意波(物质波)是一种概率波。简单的说，是为了描述微观粒子的波动性而引入的一种方法。

7、不确定度关系(uncertaintyrelatoin)

经典力学：运动物体有完全确定的位置、动量、能量等。微观粒子：位置、动量等具有不确定量(概率)。

(1)电子衍射中的不确定度

如图所示，一束电子以速度v沿oy轴射向狭缝。电子在中央主极大区域出现的几率最大。在经典力学中，粒子(质点)的运动状态用位置坐标和动量来描述，而且这两个量都可以同时准确地予以测定。然而，对于具有二象性的微观粒子来说，是否也能用确定的坐标和确定的动量来描述呢?

下面我们以电子通过单缝衍射为例来进行讨论。

设有一束电子沿oy轴射向屏AB上缝宽为a的狭缝，于是，在照相底片CD上，可以观察到如下图所示的衍射图样。如果我们仍用坐标x和动量p来描述这一电子的运动状态，那么，我们不禁要问：一个电子通过狭缝的瞬时，它是从缝上哪一点通过的呢?也就是说，电子通过狭缝的瞬时，其坐标x为多少?显然，这一问题，我们无法准确地回答，因为此时该电子究竟在缝上哪一点通过是无法确定的，即我们不能准确地确定该电子通过狭缝时的坐标。

研究表明：

对于第一衍射极小，式中为电子的德布罗意波长。电子的位置和动量分别用x和p来表示。电子通过狭缝的瞬间，其位置在x方向上的不确定量为，同一时刻，由于衍射效应，粒子的速度方向有了改变，缝越小，动量的分量px变化越大。

分析计算可得：式中h为普朗克常量。这就是著名的不确定性关系，简称不确定关系。

上式表明：

①许多相同粒子在相同条件下实验，粒子在同一时刻并不处在同一位置。

②用单个粒子重复，粒子也不在同一位置出现。

例题解析：

例1：一颗质量为10g的子弹，具有200ms-1的速率，若其动量的不确定范围为动量的0.01%(这在宏观范围是十分精确的了)，则该子弹位置的不确定量范围为多大?

解：子弹的动量

动量的不确定范围

由不确定关系式，得子弹位置的不确定范围

我们知道，原子核的数量级为10-15m，所以，子弹位置的不确定范围是微不足道的。可见子弹的动量和位置都能精确地确定，不确定关系对宏观物体来说没有实际意义。