4　概率波公开课教案

第四节

概率波

教学目标：

（一）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。

（二）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。

（三）情感态度与价值观

培养学生对问题的分析和解决能力，初步建立光与实物粒子的波粒二象性以及用概率描述粒子运动的观念。

教学重点：

对概率波的理解。

教学难点：

对概率波的理解。

教学方法：

讲述法、探究法、讨论法

教学用具：

光的衍射、干涉、康普顿散射实验课件、多媒体教学设备。

教学过程：

（一）引入新课

教师播放课件：康普顿散射实验

讲述：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。

学生活动：观看课件，同时思考讨论该实验反映了光的什么性，思考光是粒子还是波？

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。

教师播放课件：光的衍射

讲述：光在传播中遇到障碍物会“绕行”

学生活动：回忆发生明显衍射现象的条件，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？

结论：光具有波动性

讲述：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能不能“集于一身”呢？

（二）新课教学

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数多，暗条纹处到达的光子数少。

（2）概率波

课件演示：

实验1：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2：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。

学生活动：认真观察课件，对观察到的现象做一些个别的讨论和交流。

教师：实验1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2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。

问题：是否可以认为光子之间的相互作用使它表现出波动性？

学生活动：学生持有不同的观点，有的认为是光子之间的相互作用使它表现出波动性，有的则认为不是光子之间的相互作用使它表现出波动性，各执己见。

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。

投影例题：

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

1.4×103J，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=1.5×1011m，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）

学生活动：学生通过运算得出相应的正确结果。

（三）课堂小结

让学生自己总结本节课所学内容并与同学交流。

（四）布置作业

完成“问题与练习”中的题目。