4　概率波教学内容分析

17.4 概

率

波

三维教学目标

1、知识与技能

（1）了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题；

（2）了解波动说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题；

（3）了解事物的连续性与分立性是相对的，了解光既有波动性，又有粒子性；

（4）了解光是一种概率波。

2、过程与方法

（1）领悟什么是概率波；

（2）了解物理学中物理模型的特点初步掌握科学抽象这种研究方法；

（3）通过数形结合的学习，认识数学工具在物理科学中的作用。

3、情感、态度与价值观：理解人类对光的本性的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程．根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说。人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识光的本性的。

教学重点：人类对光的本性的认识的发展过程。

教学难点：对量子化、波粒二象性、概率波等概念的理解。

教学方法：“创设情景，提出问题——观察思考，自主探索——讨论交流，总结归纳”为教学结构，采用“交流——互动”。

教学用具：PP演示文稿（科学家介绍，本节知识结构）。多媒体教学设备。

教学过程：

第四节 概

率

波

（一）引入新课

（1）康普顿散射实验：康普顿效应是γ射线或X 射线打在物质上，与物质中原子的核外电子发生相互作用，作用后产生散射光子和反冲电子的效应。

结论：康普顿效应进一步证实了光的粒子性。是验证光的波粒二象性的重要物理实验之一。

（2）光的衍射：光在传播中遇到障碍物会“绕行”。

结论：光具有波动性。

分析讨论在平常不容易观察到明显衍射现象的原因，以及采用怎样的措施能够较为方便的观察到明显衍射现象？在经典的物理学中，波和粒子是两种不同的研究对象，具有非常不同的表现。那么对于光和电子、质子等粒子，这两种互不相容的属性又能“集于一身”呢？

（二）进行新课

1、光的波粒二象性

17世纪的微粒说和波动说是两种对立的学说，都受到传统观念的影响，因为传统观念认为在宏观现象中波动性和粒子性是对立的。微观世界的某些属性与宏观世界不同，光子说没有否定波动性和光的电磁说，光子的能量与频率有关，频率是波的特征。

问题：在微观世界中，如何把波的图象与粒子的图象统一起来呢？

2、光波是概率波

（1）光强

光的强度指单位时间内到达单位面积的光的能量，也就是明条纹处到达的光子多，暗条纹处到达的光子数少。

（2）概率波 伽尔顿板实验

实验一：用很弱的光做双缝干涉，暴光时间短，可看到胶片上出现一些无规则分布的点子。

实验二：暴光时间足够长，有大量光子通过狭缝，底片上出现了规则的干涉条纹。

实验一说明：光表现出粒子性，也看到光子的运动与宏观现象中质点的运动不同，没有一定的轨道。单个光子通过双缝后的落点无法预测。

实验二说明：光的波动性是大量光子表现出来的现象，在干涉条纹中，那些光波强的地方是光子到达机会多的地方或是到达几率大的地方，光波弱的地方是光子到达机会少的地方。光的波动性可看做是大量光子运动的规律。

思考：是否可以认为光子之间的相互作用使它表现出波动性？

实验说明：如果狭缝只能让一个光子通过，得到的照片和上面相同，把一个缝挡住，光屏上不再出现干涉条纹，说明光的波动性不是光子之间相互作用引起的，是光子本身的一种属性。

3、光的波动性与粒子性是不同条件下的表现：

大量光子行为显示波动性；个别光子行为显示粒子性；光的波长越长，波动性越强；光的波长越短，粒子性越强。光的波动性不是光子之间相互作用引起的，是光子本身的一种属性。

例题：已知每秒从太阳射到地球上垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能为1.4×10J，其中可见光部分约占45%，假设认为可见光的波长均为0.55μm，太阳向各个方向的辐射是均匀的，日地之间距离为R=1.5×10m，估算出太阳每秒辐射出的可见光的光子数。（保留两位有效数字）

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