《波粒二像性》一章的教学体会
波粒二像性在原教材中是一节课的内容,新教材作了很大的变化。这章教材通过对一些物理现象的解释与经典理论出现矛盾开始,特殊是不可调和的困难入手,告诉人们微观物质世界本质与我们现实的宏观世界中的物质具有不同的物理规律。
教材从不能用经典的电磁理论解释黑体辐射的现象开始,迫使物理学家普朗克提出电磁场能量量子化这个模型。这样就会使现有的理论与实验观测到的现象很好的吻合。当时普朗克提出的量子化的概念是无奈的、被迫的、也是迷惑的。对于光电效应的解释,经典电磁场的理论同样出现了困惑,爱因斯坦在普朗克能量量子化的基础上提出了光子的模型,结果很好的解释了光电效应的四条结论。对于康普顿效应的解释使人们熟悉到光子不但有能量还有动量,光子与电子的作用满足动量守恒的规律。对于这些事实的解释使人们不得接受这样的一个事实,波(电磁场)具有粒子的特性。德布罗意根据对称的思想提出了物质波的概念,使人们熟悉到实物粒子同样具有波的性质,特殊是德布罗意波长的给出,使人们能在实验室中观测到实物粒子具有波的特性。
这时人们自然提出这样的一个问题,在经典的理论中波和粒子是两个不能相容的模型,二者在本质上“你死我活”的关系。但是,为什么在微观世界中实物粒子却具有波的特性哪?人们一定要问实物粒子所具有波的特性是不是经典意义上的波,光子是不是经典意义上的粒子。通过观察光粒子通过双缝的实验使人们熟悉到道实物粒子所具有的波是一种概率意义上的波。就是电磁场和物质相互作用体现粒子的特性,这个粒子在空间的位置满足波函数的规律。为什么微观实物粒子会具有这样的性质哪?,因为实物粒子具有波动和粒子两重的特性。就是说波粒二像性的本质决定实物粒子必然是这样的。从而告诉我们微观粒子与实际生活中经典的“粒子”不同。 微观粒子具有波粒二像性的特征导致不能同时测定粒子的位置和动量,这就是典型的不确定性关系。
本章的教学的思路就是波具有粒子的特性,实物粒子具有波动的特性。微观粒子具有波粒二像性的特征。
