物理17.3崭新的一页粒子的波动性教案新人教版选修3_5
高中物理第十七章第三节崭新的一页：粒子的波动性学案新人教版选修3_5
第十七章 波粒二象性3崭新的一页：粒子的波动性【学习目标】1．了解光的波粒二象性的内容，感受微观粒子运动的复杂性。
2．知道实物粒子具有波动性，领会对称性的研究方法。
3．通过对物质波的实验验证的学习，感受实验研究的重要研究方法。
【重点难点】1．理解光的波粒二象性。
2．对实物粒子具有波动性（物质波）的理解。
【课前预习】1．光的波粒二象性。
（1）光的干涉、衍射、偏振现象表明了光具有 ，光电效应和康普顿效应表明光具有 。
光的本性是：既具有 ，又具有 ，即光具有波粒 性。
（2）大量光子在空间各点的运动（出现的概率）遵从 规律，是概率波；个别光子的运动体现 性。
2．粒子的波动性、物质波（1）法国科学家 大胆地将光的波粒二象性推广到实物粒子，指出实物粒子也具有 ，这种波称之为 ，也叫德布罗意波。
（2）如果用能量ε和动量p 来表征实物粒子的粒子性，用频率v 和波长λ来表征实物粒子的波动性，那么，对光适用的关系式也适用于实物粒子，即v = ，λ= .【预习检测】1．尽管单个光子通过双缝后，到达光屏上的位置是_________，但它到达明条纹处的概率比到达暗条纹的概率_________，因而大量光子通过双缝后，在光屏上就出现了清晰的明暗相间的条纹，从这个意义上讲，光是一种_________。
2．在中子衍射技术中,常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近,已知中子质量271.6710m kg -=⨯,普朗克常量346.6310h J s -=⨯⋅,可以估算出德布罗意波长101.8210m λ-=⨯的热中子的动量的数量级可能是( ).A.1710/kg m s -⋅B. 1810/kg m s -⋅C. 2010/kg m s -⋅D. 2410/kg m s -⋅3.关于物质波的认识，正确的是（ ）。
①电子的衍射证实了物质波的假设是正确的②物质波也是一种概率波③任何一物体都有一种波和它对应，这就是物质波④物质波就是光波 A ．①② B ．②③ C ．①④D ．①③ 参 考 答 案【课前预习】1.（1）波动性，粒子性，波动性，粒子性，二象， （2）波动，粒子2．（1）德布罗意，波动性，物质波 （2）,h h pε 【预习检测】1．不确定的，大，概率波； 2．D ； 3．A▲堂中互动▲【典题探究】【例题1】关于光的本性，下列说法中正确的是（ ）。
高中物理-17.3-粒子的波动性课件-新人教版选修3-5
E k 2 p m 2 2 h 2 2 m 2 1 .8 2 6 1 .6 0 3 1 0 1 2 0 3 1 4 .6 2 7 1 0 2 7J 4 1 0 2 1 J .
故选项C正确.
8.(2011·绍兴高二检测)关于光的波粒二象性的理解，正确 的是( ) A.大量的光子中有些光子表现出波动性，有些光子表现出粒 子性 B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子 C.高频光是粒子，低频光是波 D.波粒二象性是光的属性，有时它的波动性显著，有时它的 粒子性显著
4.对于光，先有波动性(即ν和λ)，再在量子理论中引入光 子的能量ε和动量p来补充它的粒子性.反之，对于实物粒子， 则先有粒子概念(即ε和p)，再引入德布罗意波(即ν和λ)的 概念来补充它的波动性.不过要注意这里所谓波动和粒子，仍 然都是经典物理学的概念，所谓补充仅是形式上的.综上所述， 德布罗意的推想基本上是爱因斯坦1905年关于光子的波粒二 象性理论(光粒子由波伴随着)的一种推广，使之包括了所有 的物质微观粒子.
(2)德布罗意波波长
ｈ ｐ
.
【标准解答】中子的动量为：ｐ1=m1v,子弹的动量为：
p联2立= m以 2hp上v,各据式解知得中：子1和m 子h1v弹，的2德布mh2罗v意波波长分别1 为ph：1 ， 2
h p2
将m1=1.67×10-27 kg,v=1×103 m/s,
h=6.63×10-34J·s,m2=1.0×10-2 kg
【解析】选D.光的波粒二象性是光的属性，不论其频率的高 低还是光在传播或者是与物质相互作用，光都具有波粒二象 性，大量光子的效果易呈现出波动性，个别光子的效果易表 现出粒子性，光的频率越高，粒子性越强，光的频率越低， 波动性越强，故A、B、C错误，D正确.
人教版高中物理选修3-5教案：17.3+粒子的波动性+
17.3 崭新的一页：粒子的波动性★新课标要求（一）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。
（二）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。
（三）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。
★课时安排 1 课时★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？请同时举出相应的事实基础。
学生阅读课本、思考后回答：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）。
点评：让学生阅读课本内容结合前面所学知识进行归纳总结，形成正确观点。
教师：原来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？学生举例说明：例如哲学中对事物的辨正观点等。
点评：培养学生对事物或规律的全面把握，并与与其他学科进行横向渗透联系。
（二）进行新课1、光的波粒二象性教师：讲述光的波粒二象性。
在学生的辨析说明下进行归纳整理。
（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。
物理：17.3 粒子的波动性 导学案(人教版选修3-5)
物理：17.3 粒子的波动性 导学案（人教版选修3-5）编写人：曹树春 审核：高二物理组寄语：我奋斗，所以我快乐！学习目标：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。
学习重点：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。
学习难点：实物粒子的波动性的理解。
学习过程：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？请同时举出相应的事实基础。
1、光的波粒二象性________________________________________即光具有波粒二象性。
2、光子的能量与频率以及动量与波长的关系。
=ε ______ =p ______3、粒子的波动性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？（1） 德布罗意波实物粒子也具有______，这种波称之为______，也叫德布罗意波。
（2）物质波波长λ______=______=λ为德布罗意波长，h为普朗克常量，p为粒子动量。
4．物质波的实验验证B（1）阅读教材后回答粒子波动性难以得到验证的原因？1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了____________的实验，得到了衍射图样，从而证实了________的波动性。
他们为此获得了1937年的诺贝尔物理学奖。
一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？B（2）质量m = 0.01kg，速度v = 300 m/s 的子弹的德布洛意波长？计算结果表明什么？知识巩固：A1．在历史上，最早证明了德布罗意波存在的实验是 ( ) A。
弱光衍射实验B．电予束在晶体上的衍射实验C．弱光干涉实验D．以上都不正确B2．关于物质波以下说法正确的是 ( )A.实物粒子具有粒子性，在任何条件下都不可能表现出波动性B．宏观物体不存在对应波的波长C．电子在任何条件下都能表现出波动性D．微观粒子在一定条件下能表现出波动性B3．对光的认识，下列说法中正确的是 ( )A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B．光的波动性是光予本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C.光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种场合下，光的粒子性表现得明显反思小结：班级________姓名________层次________17.3粒子的波动性检测卡编写人：曹树春审核：高二物理组寄语：我奋斗，所以我快乐！B1、下列说法中正确的是 ( )A．质量大的物体，其德布罗意波长小B．速度大的物体，其德布罗意波长小C．动量大的物体，其德布罗意波长小D．动能大的物体，其德布罗意波长小B2、试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。
人教版物理教材选修3-5 第十七章第3节《粒子的波动性》名师教案
17.3 粒子的波动性一、核心素养通过《粒子的波动性》的学习过程，让学生感受人类对光认识的美好、曲折过程，欣赏物理学的对称美，体会蕴含的哲学思想。
从科学家的工作中感悟科学探究：如何向固有观念挑战，提出大胆猜想和假说，如何寻找有效的方法加以验证。
培养学生的科学文化素质──科学方法、科学意识、科学精神。
二、教学目标1. 通过史实的回顾，感受人类对光的认识过程的曲折性，了解光的波粒二象性的内容。
2. 知道实物粒子具有波动性，领会类推的研究方法和用历史的观念来看问题，感悟科学家的探求精神。
3. 通过对德布罗意波的实验对象的选择和实验方案的设计，感受实验研究这一重要的研究方法。
4. 通过对显微镜的分析学习，感受科学的成就推动了技术的进步。
三、学情分析粒子的波动性是《人教版选修3-5》第十七章第三节内容，主要包括了解光的波粒二象性，知道实物粒子的波动性和物质波的实验验证。
学生在《选修3-4》中已经学习了光的波动性的知识，在本章第二节又学习了光的粒子性的知识，通过光的本性的史实回顾，了解光的波粒二象性难度不大。
类推的思想方法在高中物理学习中曾多次运用，学生能从科学家的工作中感悟科学探究，以及向固有观念的大胆挑战。
这其中蕴含的教育功能是非常重要的，教学中要突出体现和渗透。
学生明白，任何一个假设的验证，都必须依靠实验。
实验如何设计，在设计过程中技术问题如何解决，是本节课思维量最大的部分，也是最能锻炼学生能力的部分，这一教学环节的设计显得尤为重要。
建立具体的情境，通过问题的引导，学生在探究中完成这个实验方案。
四、教学重点、难点1. 实物粒子的波动性、类推的研究方法、对固有观念的挑战2. 物质波实验方案的设计、技术问题的解决五、教学活动课前：登陆优教平台，发送预习任务。
根据优教平台上学生反馈的预习情况，发现薄弱点，针对性教学。
1、光的波粒二象性：【讲授、提问】很久以前，人类就在思考这样一个问题：光是什么？人类对光的本性的研究构成了一部科学史诗。
高中物理 17.3《崭新的一页粒子的波动性》教学设计 新人教版选修3-5
《崭新的一页：粒子的波动性》教学设计【教学目标】1．知识与技能（1）知道光、实物粒子具有波粒二象性；（2）知道德布罗意假设的内容，公式表达；（3）了解德布罗意波的验证过程。
2．过程与方法（1）沿着物理学家的研究过程展开教学，尽量再现物理学家的思想和研究方法。
（2）通过“小练习”对比，进而理解宏观物体的波动性不明显，并找到验证物质波的方法。
3．情感态度与价值观（1）感受人类对光认识的美好、曲折过程，欣赏物理学的对称美，体会蕴含的哲学思想。
（2）从科学家的工作中感悟科学探究：如何向固有观念挑战，提出大胆猜想和假说，如何寻找有效的方法加以验证……。
（3）培养学生的科学文化素质──科学方法、科学意识、科学精神。
【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，多媒体教学设备。
【课时安排】1 课时【教学过程】一、引入新课大家请看窗户，上面粘有报纸，是为了遮挡什么呢？光！光究竟是什么呢？（大屏幕展示了人类对光认识的过程）从远古的微粒说到20世纪的光子说经历了一个漫长的过程，但19世纪以来，在光学上，与波动方面的研究相比，忽视了粒子方面的研究，而在实物粒子的研究上，是否也有错误的认识呢？本节课我们共同学习崭新的一页，粒子的波动性。
二、新课教学（一）光的波粒二象性（阅读教材P37页第一至三段并完成学案相应内容，时间3分钟）自学提纲：（见学案）学生：自学教师：巡回指导，提问检测自学效果学生：回答学案相应问题教师设疑：我们已知道光的波粒二象性的内容，那么应该如何理解它呢？请同学们观察光子的双缝干涉图样，并完成思考与讨论。
思考与讨论：从图样可知单个或少量光子表现什么特性，大量光子表现什么特性？学生：分小组讨论，教师：巡回指导，提问检测学生：个别或少量光子易显示出光的粒子性；大量光子显示出波动性。
高中物理 17.3 粒子的波动性 新人教版选修3-5
(3)说明 ①人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的 波动性 ，
对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝hε 和λ＝hp关系同样正确。 ②宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多，宏观物体运
动时的 动量 很大，对应的德布罗意波的波长 很小 ，根本无法 观察到它的波动性。
1．可见光中，哪种单色光的波动性最强？哪种单色光的粒 子性最强？
第十七章 波粒二象性
第3节 粒子的波动性
[学习目标] 1.知道光的本性认识史。 2.知道光的波粒二 象性，理解其对立统一的关系。 3.会用光的波粒二象性分析 有关现象。 4.理解德布罗意波，会解释相关现象。
[知识定位] 重点：1.认识光的波粒二象性。 2.德布罗意 波长的计算。
难点：1.波粒二象性的理解。 2. 物质波的理解。
课堂合作探究
要点一 光的波粒二象性
1. 对光的本性认识史 人类对光的认识经历了漫长的历程，从牛顿的光的微粒 说、托马斯·杨和菲涅耳的波动说，从麦克斯韦的光的电磁说到 爱因斯坦的光子说。直到二十世纪初，对于光的本性的认识才 提升到一个更高层次，即光具有波粒二象性。对于光的本性认 识史，列表如下：
h p
，p
＝mv可知，宏观物体的物质波波长很短，不易观察到它的波动
性，C错误；速度相同的质子与电子相比，电子质量小，动量
小，故其物质波波长更长，所以电子波动性更明显，D正确。
答案：BD
有关德布罗意波计算的一般方法 1．首先计算物体的速度，再计算其动量。如果知道物体动 能也可以直接用p＝ 2mEk计算其动量。 2．再根据λ＝hp计算德布罗意波长。 3．需要注意的是：德布罗意波长一般都很短，比一般的光 波波长还要短，可以根据结果的数量级大致判断结果是否合 理。
高中物理选修3-5学案：17.3 粒子的波动性
3 粒子的波动性[学习目标] 1.知道光的本性的认识史．了解光的波粒二象性及其对立统一关系.2.了解粒子的波动性，知道物质波的概念.3.了解什么是德布罗意波，会解释有关现象．一、光的波粒二象性[导学探究]人类对光的本性的认识的过程中先后进行了一系列实验，比如：光的单缝衍射实验(图A)光的双孔干涉实验(图B)光电效应实验(图C)光的薄膜干涉实验(图D)康普顿效应实验等等．(1)在以上实验中哪些体现了光的波动性？哪些体现了光的粒子性？(2)光的波动性和光的粒子性是否矛盾？[知识梳理](一)人类对光的本性的研究1.2．光子的能量和动量 (1)能量：ε＝______. (2)动量：p ＝______.3．意义：能量ε和动量p 是描述物质的______性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的______性的典型物理量．因此ε＝hν和p ＝hλ揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性．( ) (2)光子数量越大，其粒子性越明显．( )(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．( ) (4)光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子．( ) 二、物质波[导学探究] 德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性，你如何理解该问题？[知识梳理] 对物质波的认识 1．粒子的波动性(1)德布罗意波：任何__________着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种波叫________，又叫德布罗意波． (2)物质波波长、频率的计算公式为λ＝______，ν＝______.(3)我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太____，德布罗意波长太____的缘故． 2．物质波的实验验证(1)实验探究思路：______、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生______或衍射现象．(2)实验验证：1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的________． (3)说明①人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的________，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝εh 和λ＝hp 关系同样正确． ②物质波也是一种概率波． [即学即用] 判断下列说法的正误．(1)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波．( ) (2)湖面上的水波就是物质波．( )(3)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性．( )一、光的波粒二象性的理解1．大量光子产生的效果显示出波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性．2．光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量．和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波．3．频率低、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．4．光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．例1(多选)对光的认识，以下说法中正确的是()A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B．高频光是粒子，低频光是波C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现得明显针对训练1关于光的波粒二象性，下列理解正确的是()A．当光子静止时有粒子性，光子传播时有波动性B．光是一种宏观粒子，但它按波的方式传播C．光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可以用波动规律来描述D．大量光子出现的时候表现为粒子性，个别光子出现的时候表现为波动性二、对物质波的理解例2质量为10g、速度为300m/s在空中飞行的子弹，其德布罗意波长是多少？为什么我们无法观察到其波动性？针对训练2(多选)下列说法中正确的是()A．物质波也叫德布罗意波B．物质波也是概率波C．光波是一种概率波D．光波也是物质波德布罗意波长的计算(1)首先计算物体的速度，再计算其动量．如果知道物体动能也可以直接用p ＝2mE k 计算其动量．(2)再根据λ＝hp计算德布罗意波长．(3)需要注意的是：德布罗意波长一般都很短，比一般的光波波长还要短，可以根据结果的数量级大致判断结果是否合理．1．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( ) A ．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；光的波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往表现出粒子性2．下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是()A．任何一个物体都有波和它对应，这就是物质波B．X光的衍射证实了物质波的假设是正确的C．电子衍射证实了物质波的假设是正确的D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性3．关于光的本性，下列说法中正确的是()A．关于光的本性，牛顿提出“微粒说”，惠更斯提出“波动说”，爱因斯坦提出“光子说”，它们都说明了光的本性B．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性D．光的波粒二象性是将牛顿的粒子说和惠更斯的波动说真正有机地统一起来4．电子经电势差为U＝200V的电场加速，电子质量m0＝9.1×10－31kg，求此电子的德布罗意波长．[答案]精析知识探究一、导学探究 (1)单缝衍射、双孔干涉、薄膜干涉体现了光的波动性． 光电效应和康普顿效应体现了光的粒子性．(2)不矛盾．大量光子在传播过程中显示出波动性，比如干涉和衍射．当光与物质发生作用时，显示出粒子性，如光电效应、康普顿效应．光具有波粒二象性． 知识梳理(二)1.波动性 衍射 粒子性 光电效应 波动性 粒子性 波粒二象性 2．(1)hν (2)hλ 3.粒子 波动即学即用 (1)√ (2)× (3)√ (4)×二、导学探究 波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大，动量大，波长短，难以观测．知识梳理 1.(1)运动 物质波 (2)h p εh (3)大 小 2.(1)干涉 干涉 (2)波动性 (3)①波动性即学即用 (1)× (2)× (3)√ 题型探究例1AD[个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，频率高的光粒子性强，频率低的光波动性强，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项为A、D.]针对训练1 C例2 2.21×10－34m 由于子弹的德布罗意波长极短，无法观察到其波动性[解析] 由德布罗意波长公式可得λ＝h p ＝ 6.63×10－3410×10－3×300m ＝2.21×10－34m.因子弹的德布罗意波长太短，故无法观察到其波动性． 针对训练2 ABC达标检测1．C 2.C 3.C 4.8.69×10－2nm。
高中物理选修3-5 17.3 崭新的一页-粒子的波动性
mv
X射线波段
他提出：实物粒子也具有波动性，即任何一个运动着的粒子，小到 电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，
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)
普朗克常量
物体的波长 物体的动量
德布罗意
人们把这改学理论物理学。他善于用历史的观点， 用对比的方法分析问题。
电子衍射图样
一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？ 3、为什么无法观察到宏观运动物体德布罗意波？
一切实物运动的粒子都有波动性 ，只是一般的宏观运动物体德布罗意波长太小。
试求质量 m = 0.01kg，速度 v = 300 m/s 的子弹的德布洛意波长。
计算结果表明，子弹的波长小到实验难以测量的程度。所以，宏观物体只表现出粒子性。
例4、 一个质量为m的实物粒子以速率v 运动时，即具有以能量E和动
量P所描述的粒子性，同时也具有以频率n和波长所描述的波动性。
德布罗意 关系
如速度v=5.0102m/s飞行的子弹， 质量为m=10-2kg，对应的德布罗意 波长为：
h 1.3 1025 nm
mv
太小测不到！
如电子m=9.110-31kg，速度 v=5.0107m/s, 对应的德布罗意 波长为：
例2、试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。
解：估计一个中学生的质量m≈50kg ，百米跑时速度v≈7m/s ，则
h 6.63 10 34 m 1.9 10 36 m
p 50 7
由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性。
例3、 试求原来静止的电子，经过100V电压加速后，其德布罗意波长是多少？ 而：p= 2mEk = 2meU 29.11031 1.61019 100kg m / s 5.41024 kg m / s
最新人教版高中物理选修3-5教学案：第十七章 第3节 粒子的波动性
第3节粒子的波动性1．光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性；即光具有波粒二象性。
2．光子的能量ε＝h ν和动量p ＝hλ是描述物质的粒子性的重要物理量，揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系。
3．德布罗意波又叫物质波，其波长和频率分别为：λ＝h p，ν＝εh。
一、光的波粒二象性 1．光的波粒二象性光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。
2．光子的能量和动量 (1)能量：ε＝h ν。
(2)动量：p ＝hλ。
(3)意义：能量ε和动量p 是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量。
因此ε＝h ν和p ＝hλ揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系，普朗克常量h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁。
二、粒子的波动性及实验验证 1．粒子的波动性 (1)德布罗意波：每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫物质波。
(2)物质波的波长、频率关系式：波长：λ＝hp频率：ν＝εh。
2．物质波的实验验证(1)实验探究思路：干涉、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象。
(2)实验验证：1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性。
(3)说明：①人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝εh和λ＝hp关系同样正确。
②宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的波长很小，根本无法观察到它的波动性。
1．自主思考——判一判(1)德布罗意认为实数粒子也具有波动性。
(√)(2)光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦电磁理论。
(×)(3)波长较长的光只有波动性，没有粒子性。
(×)(4)向前飞行的子弹具有波动性。
(√)2．合作探究——议一议(1)光的波动性与粒子性跟光波频率高低、波长的长短有怎样的关系？提示：光波频率越低，波长越长，光的波动性越明显；光波频率越高，波长越短，光的粒子性越明显。
物理：新人教版选修3-5 17.3粒子的波动性(教案)
3崭新的一页：粒子的波动性知识点一：光的波粒二象性1.光的波粒二象性：光既具有波动性,又具有粒子性，2.光子的能量：ε=hv3.光子的动量：p=h/λ注意：物理量ε和p描述光的粒子性,物理量v和λ描述光的波动性,h架起了粒子性与波动性的桥梁，知识点二：粒子的波动性1.德布罗意波：任何一个运动着的物体,小到电子、质子,大到行星、太阳,都有一种波与它对应,这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波,也称物质波，2.波的频率：v=ε/h波的波长：λ=h/p说明：ε为粒子的能量,p为粒子的动量知识点三：物质波的实验验证1927年戴维孙和G，P，汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验,得到了类似下图的衍射图样,从而证实了电子波动性，他们为此获得了1973年的诺贝尔物理学奖，拓展点一：光的波粒二象性的理解1.光本性学说的发展简史2.光的波粒二象性的理解拓展点二：对物体波的理解1．我们平时所看到的宏观物体运动时,我们看不见它们的波动性,但也有一个波长与之对应,例如飞行子弹的波长约为10—Nm,这个波长实在是太小了，2．波粒二象性是微观粒子的特殊规律,一切微观粒子都存在波动性；宏观物体也存在波动性,只是波长太小,难以观测，3．对于光,先有波动图象(即v和入),其后在量子理论中引入光子的能量ε和动量p来补充它的粒子性，反之,对于实物粒子,则先有粒子概念(即ε和p),再引用德布罗意波(即v和λ)的概念来补充它的波动性，不过要注意这里所谓波动性和粒子性,实际上仍然都是经典物理学的概念,所谓补充仅是形式上的，综上所述,德布罗意的推想基本上是爱因斯坦于1905年关于光子的波粒二象性理论(光粒子由波伴随着)的一种推广,使之包括了所有的物质微观粒子，问题一对光的波粒二象性的理解下列有关光的波粒二象性的说法中,正确的是( )A．有的光是波,有的光是粒子B．光于与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长,其波动性越显著；波长越短,其粒子性越显著D．大量光予的行为往往显示出粒子性[解析] 一切光都具有波粒二象性,光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性,光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性,所以,不能说有的光是波,有的光是粒子，虽然光子与电子都是微观粒子,都具有波粒二象性,但电子是实物粒子,有静止质量,光子不是实物粒子,没有静止质量,电子是以实物形式存在的物质,光子是以场形式存在的物质,所以,不能说光子与电子是同样的一种粒子，光的波粒二象性的理论和实验表明,大量光子的行为表现出波动性,个别光子的行为表现出粒子性，光的波长越长,衍射性越好,即波动性越显著；光的波长越短,其光子能量越大,个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应,所以其粒子性就很显著,故选项C 正确,A、B、D错误，[答案] C[点评] 在宏观现象中,波与粒于是对立的概念,而在微观世界中,波与粒子可以统一,微观世界的某些属性与宏观世界不同，光既不是宏观观念的波,也不是宏观观念的粒子,光具有波粒二象性是指光在传播过程中和同物质作用时分别表现出波动和粒子的特性，2 关于物质波,下列认识中错误的是( )A．任何运动的物体(质点)都伴随一种波,这种波叫物质波B．X射线的衍射实验,证实了物质波假设是正确的C．电子的衍射实验,证实了物质波假设是正确的D．宏观物体尽管可以看做物质波,但它们不具有干涉、衍射等现象[解析] 据德布罗意物质波理论知,任何一个运动的物体,小到电子、质子,大到行星、太阳,都有一种波与之相对应,这种波就叫物质波,可见,A选项是正确的；由于X射线本身就是一种波,而不是实物粒子,故X射线的衍射现象,并不能证实物质波理论的正确性,即B选项错误；电子是一种实物粒子,电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性,故C选项是正确的；由电子穿过铝箔的衍射实验知,少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的,无规律的,但大量电子穿过铝箔后落的位置则呈现出衍射图样,即大量电子的行为表现出电子的波动性,干涉、衍射是波的特有现象,只要是波,都会发生干涉、衍射现象,故选项D错误，综合以上分析知,本题应选B、D，[答案] BD[点评] (1)物质波理论上是说任何一个运动的物体(如实物粒子等)都具有波动性,即其行为服从波动规律，(2)物质波理论告诉我们,任何微观粒子都既具有粒子性又具有波动性,即与光一样,也具有波粒二象性，波粒二象性是光子、电子、质子等微观粒子都具有的基本属性，问题二物质波的理解3 下列说法中正确的是( )A，光的干涉和衍射现象说明光具有波动性B．光的频率越大,波长越长C．光的波长越大,光予的能量越大D，光在真空中的传播速度为3．00x108m／s[解析] 光既具有波动性又具有粒子性,A正确，由v=λf知B错，由爱因斯坦光子理论ε=hv,v=λf知波长越长,光频率越小,光子能量越小,C错，任何光在真空中传播速度均为3X108m／s,D正确，[答案] AD4 以下说法正确的是( )A，物体都具有波动性B．抖动细绳一端,绳上的波就是物质波C．通常情况下,质子比电子的波长长D．核外电子绕核运动时,并没有确定的轨道[解析] 任何物体都具有波动性,故A对,对宏观物体而言,其波动性难以观测,我们所看到的绳波是机械波,不是物质波,故B错，电子的动量往往比质子的动量小,由λ=h/p知,电子的波长长,故C错，核外电子绕核运动的规律是概率问题,无确定的轨道,故D对，[答案] AD问题三德布罗意波长的计算5 如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以103m／s的速度运动,则它们的德布罗意波的波长分别是多长?(中子的质量为1．67x10—27kg)[解析] 本题考查德布罗意波长的计算，任何物体的运动都对应着一个波长,根据公式λ=h/p不难求得结果，[答案] 中子的动量为p1=mv1,子弹的动量为p2=m2v,据λ=h/p知中子和子弹的德布罗意波长分别为λ1=h/p1=4x10-10m,λ2=h/p2=6.63x10-35m[点评] 计算时必须将各物理量统一采用国际单位，6 质量为60kg的运动员,百米赛跑的成绩为10s,试估算运动员的德布罗意波的波长，[解析] 因为是估算题,可认为运动员匀速运动,速度v=10m／s，由公式λ=h/p知运动员的德布罗意波波长λ=h/p=1．1 X10—36mo[答案] 1．1 x10—36m问题四物质波的应用7 为了观察晶体的原子排列,采用了以下两种方法：(1)用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜成像(由于电子的物质波波长很短,能防止发生明显衍射现象,因此,电子显微镜的分辨率高)；(2)利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样,进而分析出晶体的原子排列，则下列分析中正确的是( )A，电子显微镜所利用的是,电子的物质波的波长比原子尺寸小得多B．电子显微镜中电子束运动的速度应很小C．要获得晶体的X射线衍射图样,X射线波长要远小于原子的尺寸D．中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当[解析] 由题目所给信息“电子的物质波波长很短,能防止发生明显衍射现象”及发生衍射现象的条件可知,电子的物质波的波长比原子尺寸小得多,A项正确；由信息“利用X 射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生衍射现象的条件可知,中子的物质波或X射线的波长与原子尺寸相当,D项正确,C项错，[答案] AC8 太阳光垂直射到地面上时,1 m2地面接受的太阳光的功率为1．4kW,其中可见光部分约占45％，假如认为可见光的波长约为0．55 μm,日地间距离R=1．5xlO11m，普朗克常量h=6．6x10—34j·s,估算太阳每秒辐射出的可见光光子为多少?[解析] 设地面上垂直阳光的1 m2面积上每秒钟接收的可见光光子数为n，则有Ptx45％=nhc/λ解得n=1．75x1021(个)，[答案] 1．75x1021个。
高二下学期物理人教版选修3-5第17章第3节粒子的波动性 教案
第十七章波粒二象性第3节粒子的波动性★新课标要求（一）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。
（二）过程与方法1．领会对称性的研究方法，培养类比思想方法。
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。
（三）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，感悟科学家的探求精神。
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。
4．通过对科学漫步的阅读，感受科学的成就推动了技术的发展★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：PPT演示文稿、多媒体教学设备。
★课时安排 1 课时★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？课件展示：有这样一则故事，一名记者曾经这样问英国物理学家、诺贝尔奖获得者布拉格教授：光到底是波还是粒子呢？如果是你，你讲如何回答这个问题？提问，学生回答：光既是粒子，也是波。
教师：布拉格教授会如何回答这个问题呢？（展示课件）布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休息。
”教师提出问题，引出课题：那么光的本质到底是什么呢？（二）进行新课1、光的波粒二象性教师：让我们一起来回顾一下光的本性认识的发展史。
（展示课件）学生观看课件，思考后回答：光是一种物质，它既具有粒子性，又具有波动性。
光的性质实验事实 描述的物理量 波动性粒子性请学生思考回答，填写表格。
3粒子的波动性-人教版选修3-5教案
3 粒子的波动性 - 人教版选修3-5教案
一、教学目标
1.掌握粒子波动性的基本概念和实验依据。
2.理解粒子的波粒二相性质。
3.掌握德布罗意波长的计算方法。
4.了解应用波动性研究物质的最新研究进展。
二、教学重难点
1.理解粒子的波粒二相性质。
2.掌握德布罗意波长的计算方法。
三、教学内容及步骤
1.粒子波动性的基本概念及实验依据
–介绍黑体辐射和康普顿效应实验中的波粒二相性。
–引出粒子波动性的基本概念。
–讲解干涉和衍射实验的原理及结果。
2.粒子的波粒二相性质
–介绍光的波粒二相性质。
–引出粒子的波粒二相性质。
–推导质点的德布罗意方程。
3.德布罗意波长的计算方法
–推导德布罗意波长公式。
–计算质点的德布罗意波长。
4.应用波动性研究物质的最新研究进展
–简述近年来应用波动性研究物质的最新研究进展。
–探讨波动性在纳米材料、单分子、生物分子等领域中的应用。
四、板书设计
3 粒子的波动性
3 粒子的波动性
五、教学方法
1.课堂授课。
2.实验演示。
3.小组讨论。
六、课时安排
本课时1.5课时。
七、教学资源
实验设备：光电效应实验装置，微粒子衍射实验装置，粗单缝衍射实验装置，双缝干涉实验装置。
八、教学反思
1.本课程需要掌握的知识点较多，需要较长的时间来讲解和实验演示。
2.学生常常只对实验部分感兴趣，对于理论部分缺少兴趣。
因此需要加强理论知识的讲解和应用解释。
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高二下期物理选修3-5教案
17.3 崭新的一页：粒子的波动性
一、教学目标
1．知识与技能
（1）知道光、实物粒子具有波粒二象性；
（2）知道德布罗意假说的内容，公式表达；
（3）了解物质波的验证过程。
2．过程与方法
（1）沿着物理学家的研究过程展开教学，尽量再现物理学家的思想和研究方法。
（2）通过“小练习”对比，进而理解宏观物体的波动性不明显，并找到验证物质波的方法
3．情感态度与价值观
（1）感受人类对光认识的美好、曲折过程，欣赏物理学的对称美，体会蕴含的哲学思想。
（2）从科学家的工作中感悟科学探究：如何向固有观念挑战，提出大胆猜想和假说，如何寻找有效的方法加以验证。
（3）培养学生的科学文化素质──科学方法、科学意识、科学精神。
二、教学重点、难点
重点：知道德布罗意波及德布罗意波波长计算粒子同样具有波动性。
难点：理解德布罗意波（物质波）及表现规律。
三、教学用具
自制多媒体课件
四、复习回顾
⑴人类对光认识的历史过程──一部科学史诗
学生阅读课本第一段，分组讨论、自由发言，教师引导归纳，同时多媒体辅助
问题：光的发展史(光的本性)？
①十七世纪初笛卡儿两种假说：光是类似于微粒的一种物质光是一种以“以太”为媒质的压力。
②十七世纪光的微粒说(代表人物---牛顿)：光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀介质中以一定的速度传播，能解释光的反射现象、析射现象。
③同时期光的波动说(代表人物---惠更斯) ：认为光是一种波，在实验中观察到了光的干涉和衍射现
象，这是波动的特征，微粒说无法解释。
④光的电磁说(十九世纪：代表人物---麦克斯韦) 麦克斯韦认为光是一种电磁波,赫兹用实验证实了光的电磁本性.光是电磁波的主要依据：①传播都不需介质.②都是横波.③在真空中传播速度相同。
⑤19世纪末赫兹等又发现了---光电效应现象，用波动说无法解释。
⑥爱因斯坦于20世纪初提出了光子说，认为光具有粒子性，从而解释了光电效应。
从笛卡儿两种假说到牛顿与胡克、牛顿与惠更斯粒子说与波动说之争，再到麦克斯韦、赫兹、普朗克和爱因斯坦的对光的进一步认识。
在新的事实与理论面前，终于以光即具有波动性，又有粒子性即光具有波粒二象性而画一下圆满的句号。
（多媒体展示）
原来相互矛盾的两种学术，后来发现只是一个事的两个表现形式，并非有此无彼，而是彼中有我，我中有你，最后以爱因斯坦提出的“光具有波粒二象性”而落下了帷幕。
为此爱因斯坦获得了诺贝尔物理学奖。
⑵──粒子性、波动性之间的桥梁
以上两个公式中ε和p是物质所具有的粒子性的重要物理量，而是波长与频率是波动性的典型物理量，所以两式左侧是粒子性，而右侧却是波动性，它们通过普朗克常量h联系，可见光的波动性与粒子性并不矛盾。
光的波动性和粒子性是一对矛盾的两个方面，彼此含有对方的
成份，共存于光的统一体中。
五、进行新课
⑴、德布罗意提出实物粒子具有波动性的假设（体会德布罗意从类比和对称性思考的科学思想方法）
19世纪以来，光学上注重波动方面的研究，忽视了粒子方面的研究；而实物粒子的研究上，是否发生了相反的错误？体会德布罗意从类比和对称性思考的科学思想方法。
问题：“相反的错误”指什么？
生：实物粒子的研究只注重了粒子性，而忽视了波动性。
（2）、（自学）德布罗意假说──科学的狂想曲，回答问题：
问题：德布罗意假说的内容？
生：实物粒子也具有波动性；每一个运动的粒子都与一种波对应。
问题：物质波的概念？
生：与实物粒子相联系的波──德布罗意波。
问题：物质波的频率、波长公式？
生：，
⑶、物质波的验证
问题：如何验证德布罗意假说？
生：如果能观察到实物粒子的干涉、衍射等波的特有现象，可验证实物粒子具有波动性。
问题：发生明显衍射的条件？
生：障碍物或小孔的尺寸跟波长差不多，或者比波长还要小。
找学生爬黑板，应用德布罗意波能量、动量关系式计算子弹及电子的波长。
计算：一个质量为0．01kg，速度为300m/s的子弹，对应的德布罗意波长？
解析：
问题：为什么不易观察到宏观物体的波动性？
计算：一个原来静止的电子，经过100v的电压加速后，对应的德布罗意波长？
解析：，，
问题：分子直径的数量级？与上面计算出的电子波长数量级相当吗？
师点拨：电子的德布罗意波长与分子直径相当，电子束照到晶体上，两晶格的狭缝可使电子发生明显的衍射。
1927年戴维孙和G．P．汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，证实了电子的波动性。
⑷、学生看书了解这一历史过程，并观察电子束的衍射图样与X-射线晶体衍射图样相似。
电子束通过铝箔时的衍射图样弗兰克林拍摄的DNA的X射线衍射照片
六、小节
本节课的设计不仅关注知识及知识的形成过程，更注重科学素质的培养，也关注情感态度价值观方面的东西。
教师通过对光的本质的认识这一线索，对光的有关知识进行重新复习，对光的粒子性与波动性有一个系统的全面的认识。
通过光子能量公式、动量公式，两式左侧是粒子性，而右侧却是波动性，以及联系量普朗克常量h，从理论上光波与粒子之间的联系。
再利用实验和物理学史对物质波动性的深入探究，从德布罗意波的提出、验证、物质波理论的形成到诺贝尔物理学奖的获得。
不但学到了许多知识，更重要的是让学生明确科学的探究是不断的深入的，理论是在不断发展的，了解到人类直接经验的局限性和曲折历程，渗透辩证的思想特别是培养了敢于创新，勇于实践，实事求是科学的精神和科学态度以及类比法、实践法等科学的方法，同时意识到科学有价，意识到物质世界尽管千差万别，却又有共同的规律──波粒二象性，这大大的扩展和深化了人们对物质世界的认识，并为进一步研究微观世界提供了思想武器。
整节课力图体现学生主体意识，问题意识，建构意识，保护学生的学习兴趣，采用启发性教学，重视科学探究，注重科学素质的培养。