Imię i nazwisko autora:

Przemysław Michalski

Przedmiot:

fizyka

Temat zajęć:

Czy elektron jest falą czy cząstką?

Grupa docelowa:

III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres rozszerzony

Podstawa programowa:

Cele kształcenia – wymagania ogólne
II. Rozwiązywanie problemów z wykorzystaniem praw i zależności fizycznych.

Zakres rozszerzony
Treści nauczania – wymagania szczegółowe
I. Wymagania przekrojowe. Uczeń:
4) przeprowadza obliczenia liczbowe posługując się kalkulatorem;
19) wyodrębnia zjawisko z kontekstu, nazywa je oraz wskazuje czynniki istotne i nieistotne dla jego przebiegu.
XI. Fizyka atomowa. Uczeń:
9) opisuje zjawiska dyfrakcji oraz interferencji elektronów i innych cząstek; oblicza długość fali de Broglie’a poruszających się cząstek.

Kształtowane kompetencje kluczowe:

Zalecenie Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 2018 r.:

• kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji,

• kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii,

• kompetencje cyfrowe,

• kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.

Cele operacyjne:

Uczeń:

1. wyjaśnia teorię dualizmu korpuskularno‑falowego;

2. stosuje wzór opisujący długość fali materii;

3. tłumaczy, dlaczego nie obserwuje się dyfrakcji obiektów makroskopowych;

4. analizuje wyniki symulacji dyfrakcji elektronów;

5. opisuje budowę i zasadę działania transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM);

6. przedstawia zastosowania mikroskopu TEM.

Strategie nauczani:

blended learning

Metody nauczania:

wykład, pokaz multimedialny

Formy zajęć:

praca indywidualna

Środki dydaktyczne:

komputery dla uczniów, projektor

Materiały pomocnicze:

-

PRZEBIEG LEKCJI

Faza wprowadzająca:

Nauczyciel otwiera dyskusję na forum klasy na temat tego, czym różnią się cząstki od fal. W razie potrzeby steruje tą dyskusją w odpowiednim kierunku: fala - rozciągła w przestrzeni, obecna w wielu miejscach jednocześnie, podlegająca zjawiskom falowym, czyli dyfrakcji i interferencji; cząstka - skupiona, obecna w jednym miejscu.

Następnie nauczyciel zmienia temat dyskusji i pyta uczniów o to, czy ich zdaniem cząstki mogą podlegać zjawiskom falowym (wydaje się, że nie). Prezentuje obrazy dyfrakcji elektronowej, wyjaśniając uczniom, co jest przedstawione na zdjęciach. Zadaje pytanie wzbudzające ciekawość – czy przedstawione obrazy świadczą o tym, że cząstki ulegają zjawiskom falowym?

Faza realizacyjna:

Nauczyciel opisuje uczniom teorię dualizmu korpuskularno‑falowego oraz podaje informację o falach materii de Broglie’a. Podaje wzór służący do wyznaczania długości fal materii. Wyjaśnia, że ze względu na stowarzyszenie fali materii z dowolną cząstką elektron może ulegać zjawisku dyfrakcji.

W dalszej części lekcji uczniowie uruchamiają na komputerach symulację [https://phet.colorado.edu/en/simulations/davisson‑germer](https://phet.colorado.edu/en/simulations/davisson‑germer) (wymaga instalacji Javy na komputerze), która umożliwia badanie obrazu interferencyjnego elektronów o różnych długościach fali, powstającego na siatce dyfrakcyjnej złożonej z atomów o różnym promieniu i odległości między atomami. Nauczyciel prosi uczniów o to, aby zmieniali parametry symulacji, a następnie dyskutuje z nimi na temat tego, jak zmiany parametrów wpływają na obraz. Symulacja zawiera cyfrową linijkę i kątomierz, co zdecydowanie ułatwia analizę.

Faza podsumowująca:

Nauczyciel rozpoczyna kolejną dyskusję i pyta uczniów, czy potrafią znaleźć jakieś praktyczne zastosowanie dyfrakcji elektronowej. W razie potrzeby stara się ich nakierować na właściwy trop - badanie struktury krystalicznej ciał stałych i mikroskopię elektronową.

Praca domowa:

Obejrzenie filmu dołączonego do e‑materiału celem przyswojenia sobie zasady i specyfiki działania mikroskopu TEM. Rozwiązanie problemów związanych z tym materiałem.

Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania danego multimedium

Multimedium można wykorzystać również w trakcie lekcji jako prezentacja zastosowania dyfrakcji elektronów.