4　概率波教学设计案例

§17.4 概率波 【教学目标】

（一）物理概念

1．了解微粒说及其基本观点

2．了解波动说及其基本观点

3．领悟什么是概率波

4．了解光是一种概率波．

（二）物理规律

1．了解事物的连续性与分立性是相对的，了解光既有波动性，又有粒子性及对光学现象的解释和所遇到的问题

2．了解物理学中物理模型的特点，初步掌握科学抽象研究方法

3．通过数形结合的学习，认识数学工具（概率）在物理科学中的作用

（三）实验探究

利用电子的波动实验，干涉和衍射来证明概率的过程，探究理想实验和现实实验对科学抽象的理解

（四）态度与价值观

了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，理解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．【重点难点】[来源:Zxxk.Com][来源学科网ZXXK]

1、重点：人类对光的本性的认识的发展过程．

2、难点：对量子化、波粒二象性、概率波等概念的理解

【授课内容】

一、经典的粒子和经典的波

提问：你认为什么是粒子，什么是波。

学生回答之后，给出经典物理中粒子与波的概念。

在经典物理学的观念中，，人们形成了一种观念，物质要么具有粒子性，要么具有波动性，非此即彼。任意时刻的确定位置和速度以及空中的确定轨道，是经典物理学粒子运动的基本特征。与经典的粒子不同，经典的波在空间中是弥散开来的，其特征是具有频率和波长，也就是具有时空的

周期性。

强调：显而易见，在经典物理学中，波和粒子是两种不同的研究对象，具有非常不同的表现。

提问：不同的表现在那里？

进而提问：那么，为什么光和微观粒子既表现有波动性又表现有粒子性的双重属性呢？学生分组自主的回顾，进行讨论和归纳整理。

学生自行归纳。

点评：掌握和利用已经知道的知识有助于我们提高认识。显然，光子具有我们尚未知道的一种形态，那么

[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？

学生分组讨论后给出答复，就各种答案加以分析提炼总结。

点评：即是粒子又是波的表现看条件：什么条件下表现为波动性，什么条件下表现为粒子性是统一起来的关键。

二、概率波

1、德布罗意波的统计解释

1926年，德国物理学玻恩

（Born

，

1882--1972）

提出了概率波，认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性，但是大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统计规律。

展示演示文稿资料：玻恩

点评：应用物理学家的历史资料，不仅有真实感，增强了说服力，同时也能对学生进行发放教育，有利于培养学生的科学态度和科学精神，激发学生的探索精神。

２、概率波对光的双缝衍射现象的解释：

光是一种粒子，它和物质的作用是“一份一份”地进行的.用很弱的光做双缝干涉实验.从光子打在胶片上的位置，我们发现了规律性. [来源:Z+xx+k.Com]

实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些无规则分布的点子，那些点子是光子打在底片上形成的，如果曝光时间足够长，我们无法把它们区分开，因此看起来是连续的.单个光子通过双缝后的落点无法预测,但是研究很多光子打在胶片上的位置,我们发现了规律性:光子落在某些条形区域内的可能性较大.这些条形区域正是某种波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域.这个现象表明，光子在空间各点出现的可能性的大小（概率），正是由于这个原因，1926年德国的物理学家波恩指出：虽然不能肯定某个光子落在哪一点，但由屏上各处明暗不同可知，光子落在各点的概率是不一样的，即光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处的概率小。这就是说，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以，从光子的概念上看，光波是一种概率波。

物理学中把光波叫做概率波. 概率表征某一事物出现的可能性. 经过长期的探索，人们对光的认识越来越深入了.光既是一种波,又是一种粒子,光既表现出波动性又表现出粒子性.而在我们的经验中找不到既是波,又是粒子的东西.这是因为我们的经验局限于宏观物体的运动,微观世界的某些属性与宏观世界不同，我们从来没有过类似的经历.随着人类的认识范围不断扩展，不可能直接感知的事物出现在我们面前.在这种情况下我们就要设想一种模型，尽管以日常经验来衡量，这个模型的行为十分古怪，但是只要能与实验结果一致，它就能够在一定范围内正确代表所研究的对象. ３、光的波动性与粒子性是不同条件下的表现：

讲述：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

４、概率波对物质波的双缝衍射现象的解释

对于电子和其他微观粒子，由于同样具有波粒二象性，所以与它们相联系的物质波也是概率波。也就是说，单个粒子位置是不确定的。对于大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果。

总之，按光子的模型，用统计观点看待单个粒子与粒子总体的联系，并将波的观点与粒子观点结合起来了，但这里的波是特殊意义的波，因而被称为“概率波”．

这种对物质波衍射与实物粒子的波粒二象性的理解，称作统计解释或概率解释．

点评：存疑——求解，人类社会的不断发展和科学技术的日益进步都是在这样的情景下取得。源学&科&网][来

三、课堂小结

教师活动：光既具有波动性，又具有粒子性。

既不可把光看成宏观观念中的波，也不可把光看成宏观观念中的粒子。

学生在老师进行小结的同时可以同步把自己对于本节课的内容小结进行参照对比，查漏补缺。

点评：课堂小结有利于学生对当堂课的内容形成完善的知识框架，强化理解和把握一些知识重点和难点。

课堂检测

1.

光电效应的四条规律中，波动说仅能解释的一条规律是

( B)

A. 入射光的频率必须大于或等于被照金属的极限频率才能产生光电效应

B. 发生光电效应时，光电流的强度与入射光的强度成正比

C. 光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大

D. 光电效应发生的时间极短，一般不超过

10⁻⁹ s 2. 下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是

( C

)

A. 有的光是波，有的光是粒子

B. 光子与电子是同样的一种粒子

C. 光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著

D. 大量光子产生的效果往往显示粒子性

3.下列说法不正确的是

(

C

)

A. 光是一种电磁波

B. 光是一种概率波

C. 光子相当于高速运动的质点

D. 光的直线传播只是宏观近似规律

四、作业：完成讲义相应练习

★教学体会

[来源:Z。xx。k.Com]