粒子的波動(dòng)性

1、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

2、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

3、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：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 =1.91036m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

4、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、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

5、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、

6、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

7、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

8、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怯捎谶@個(gè)原因，1926年德

9、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

10、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垂庾拥哪Ｐ?，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