.5粒子的波動性和量子力學的建立〖教材分析〗本節內容比較少主要由物質波和量子力學的建立量大部分組成。物質波的概念使我們對自然界的認識又上升了一個層次，更加豐富了學生的世界觀。在驗證物質波的教學中，要求學生認識實驗技術手段與科學發現的關系。能夠進一步了解驗證物理理論的基本方法——實驗。量子力學的與我們的生活息息相關，知識大家不知道這就是量子力學罷了，教學時注意舉例子來豐富學生的見識。〖教學目標與核心素養〗物理觀念∶形成實物粒子也具有波粒二象性的觀念，了解量子力學在生活中的應用。科學思維∶能夠利用波粒二象性關系式解釋實物粒子的波動性，能在生活中發現量子力學的具體應用情形，并作出解釋。科學探究：通過物質波的驗證，掌握驗證物理理論的基本方法——實驗。科學態度與責任∶量子力學不是一天建成的，也不是一個人就能建立，告誡學生做事要懂得合作，要持之以恒。〖教學重難點〗教學重點：實物粒子的波粒二象性，實驗驗證物質波，量子力學的建立。教學難點：實物粒子的波粒二象性，實驗驗證物質波。〖教學準備〗多媒體課件等。〖教學過程〗一、新課引入通過對雙縫干涉、光電效應等一系列問題的研究，人們終于認識到光既有粒子性，又有波動性。我們已經認識到如電子、質子等實物粒子是具有粒子性的，那么，實物粒子是否也會同時具有波動性呢?二、新課教學（一）粒子的波動性前面說到光具有波粒二象性，受此啟發德布羅意，在他的博士論文中提出了一個大膽的假設：如同光波具有粒子性一樣，實物粒子也可能具有波動性，每一個運動的粒子都和一個波相對應，這種波叫做物質波，也叫德布羅意波。問題：它的波長和頻率分別是多少呢？和光波類比一下，我們知道光的頻率和光子能量有關，所以光波的頻率問題：光的波長跟什么有關呢？它可以用光速除以頻率來計算，把頻率的式子帶入進去，可以整理成這樣，所以波長就是德布羅意猜測物質波的頻率和波長，也滿足這兩個式子。（二）物質波的實驗驗證1.實驗思路我們知道，光的干涉和衍射現象是光具有波動性的有力證據。物質波驗證方法：找到電子、質子等實物粒子干涉和衍射的圖樣。2.實驗材料比如電子的質量m=9.1×10-31kg，用200V的加速電壓給他加速能量就是200eV。此時它的波長是多少呢？波長和動量有關，所以咱倆計算電子速度。這也可以通過動能，它比光速慢很多，用這個速度就能計算出波長了，這個波長與X射線相當，因此如果電子具有波動性，就可以用觀察X射線衍射的裝置觀察到電子的衍射。3.實驗驗證1927年戴維孫和湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射的實驗，得到了衍射圖樣，從而證實了電子的波動性。在后來的實驗中，人們還進一步觀測到了電子德布羅意波的干涉現象。問題：為什么我們看不到實物粒子的波動性呢？宏觀小物體的物質波波長是多少呢？如質量為0.01kg的子彈，速度是300m/s，那么計算出的波長就是2.21×10-34m，這也太小啦。它的原子核的半徑還要小19個數量級。這根本測不出衍射，所以宏觀物體幾乎看不到波動性只表現粒子性。4.粒子波動性的作用它可以用來提高顯微鏡的精度，知道光如果碰到和波長差不多都物體就會發生衍射現象，這會導致被觀察物體的光點成像后，變成光斑看不清楚，所以顯微鏡的分辨本領受到所用光波的波長限制，波長越短，精度越高。正常的顯微鏡使用可見光波長在400~700納米左右，電子的德布羅意波長比這短的多所以把光束替換成電子束制作的電子顯微鏡分辨能力甚至可以達到0.2納米，這足以看清分子的表面。（三）量子力學的建立經典物理學無法解釋的現象，這就表明，微觀世界的物理規律和宏觀世界的物理定律可能存在巨大的差別，人們需要建立描述微觀世界的物理理論。普朗克黑體輻射理論：ε=hν愛因斯坦光電效應理論：EK=hv-w0普朗克常量：h康普頓散射理論：玻爾氫原子理論：hv=En-Em德布羅意物質波假說：，在它們的背后，應該存在著統一描述微觀世界行為的普遍性規律。德國物理家海森堡和玻恩等人對玻爾的氫原子理論進行了推廣和改造，使之可以適用于更普遍的情況。奧地利物理學家薛定諤提出了物質波滿足的方程——薛定諤方程。把這個方程應用于氫原子，就很容易能得到氫原子光譜的公式。最終建立量子力學：描述微觀世界的理論。（四）量子力學的應用1.量子力學推動了核物理和粒子物理的發展。（動圖展示）2.量子力學推動了原子、分子物理和光學的發展。（動圖展示）3.量子力學推動了固體物理的發展。STSE：量子力學的創立和索爾維會議播放視頻課堂練習例1：下列說法正確的是（）物質波屬于機械波只有像電子、質子、中子這樣的微觀粒子才具有波動性德布羅意認為，任何一個運動著的物體，小到電子、質子，大到行星、太陽都具有一種波和它對應，這種波叫做物質波宏觀物體運動時，看不到它的衍射或干涉現象，所以宏觀物體運動時不具有波動性解析∶物質波是一切運動著的物體所具有的波，與機械波性質不同。宏觀物體也具有波動性，只是干涉、衍射現象不明顯，只有選項C正確。例2：如果一個電子的德布羅意波長和一個中子的相等，則它們的（）也相等。速度.動能動量總動能解析∶由德布羅意波長知二者的動量應相同，故選項C正確，由p=mv可知二者速度不同，，二者動能不同，由E=mc2可知總能量也不同。答案C。例3：根據物質波理論，下列說法正確的是（）微觀粒子有波動性，宏觀物體沒有波動性宏觀物體和微觀粒子都具有波動性宏觀物體的波動性不易被人觀察到是因為它的波長太長速度相同的質子和電子相比，電子的波動性更為節明顯解析∶一切運動的物體都有一種物質波與它對應，所以宏觀物體和微觀粒子都具有波動性，選項A錯誤，選項B正確；宏觀物體的物質波波長很短，不易觀察到它的波動性，選項C錯誤；速度相同的質子與電子相比，電子質量小，由知電子的物質波波長更長，所以電子波動性更明顯，選項D正確。答案∶BD。例4：我們根據什么說光具有波粒二象性?解析：光的干涉和衍射說明光具有波動性，光電效應和康普頓效應說明光具有粒子性。〖板書設計〗4.5粒子的波動性和量子力學的建立一、粒子的波動性實物粒子既具有粒子性，也具有波動性這種波叫做物質波，二者通過h來聯系。，二、物質波的實驗驗證觀測電子、質子等實物粒子干涉和衍射的圖樣三、量子力學的建立四、量子力學的應用〖教學反思〗量子力學的誕生是上世紀的物理界的一件大事，它并不是一個人努力的結果，而是群英薈萃的結果。在學習量子力