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人教2003课标版《3粒子的波动性》精品教案优质课下载
【重点难点】
1、重点:粒子波动性的理解
2、难点:对德布罗意波的实验验证
【授课内容】
新课引入:根据之前所学知识,解决光的本性的问题。
关于光的本性的物理小故事。有记者曾问英国物理学家、诺贝尔获奖者布拉格教授:光是波还是粒子?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。”
一、光的波粒二象性
1、光学发展史
人类对光的认识构成了一部伟大的科学史诗。在时间轴上将光的波动性和粒子性的发展历程对比呈现出来。
光的波动性理论:惠更斯的波动说,托马斯杨的双缝干涉实验,菲涅尔的衍射实验,麦克斯韦电磁波假说,赫兹电磁波实验验证。
光的粒子性理论:牛顿的微粒说,赫兹光电效应,爱因斯坦的光子说,康普顿效应。
今天对光的本性的回答是:光既具有波动性,又具有粒子性,也就是说,光具有波粒二象性。
两个基本公式p=与ε=hν
两个反应光的本性的基本公式具有物理学特有的对称美。公式左侧P与ε是描述粒子性的,公式右侧λ、ν是描述波动性的,h则是连接粒子性和波动性的桥梁。
二、粒子的波粒二象性
1924年,德布罗意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。德布罗意 1924年发表了题为“波和粒子”的论文,提出了物质波的概念。曾经学习历史的他利用类比的方法分析,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,那么在实物的理论中,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、波长为的波相联系,并遵从以下关系:
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),其波长称为德布罗意波长。
如果德布罗意的理论是正确的,那么宏观物体的波长又是多少呢,为什么我们没能观察到其波动性呢?
【例1】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
λ==1.9×10-36m
发现衍射现象的前提:孔、缝、障碍物的尺寸与波长差不多或者比波长更小。而计算结果表明普通物体的物质波长太小,所以几乎观察不到波动性。所以,宏观物体只表现出粒子性。那么,微观粒子呢?
【例2】一个电子被75V的电压加速后,(电子质量为9.1×10-31kg)
a.加速后的速度为多大? (v=5.13x106m/s)