4　概率波教案评析

17.4《概率波》教学设计

【教学目标】

1．知道经典粒子与经典波的基本特性。

2．知道经典的粒子与经典的波的区别与联系。

3．知道光是一种概率波，物质波也是一种概率波。

4．理解什么是概率波。

【教学重点、难点】

重点：人类对光波物质波的认识发展过程。

难点：理解什么是概率波。

▼教学过程：

课前：登陆优教平台，发送预习任务。根据优教平台上学生反馈的预习情况，发现薄弱点，针对性教学。

【前置复习】什么是物质波？

【新课导入】

教师：通过上节课的学习我们知道，光具有波动性，实物粒子也具有波动性，那么光波和物质波到底是什么样的波？（设置悬念，抓住学生的注意力）

教师：这就是我们今天要解决的问题。（多媒体板书：17.4

概率波）

【讲解过程】

教师：分析物理现象、建立科学理论时，经常要建立模型，研究光波和物质波怎样建立模型？为了解决这个问题，先看一下经典物理学怎样建立模型解释问题的。（板书

：一

经典的粒子和经典的波）

教师：请同学们阅读第40页1-4自然段，然后思考回答幻灯片上的几个问题。

多媒体打出如下问题：

1. 经典物理学建立了几种模型？

2. 回顾学过的运动，那些运动以粒子模型方式处理？那些运动以波动模型方式处理？

3. 经典的粒子模型基本特征是什么？有何缺陷？

4. 经典的波动模型基本特征是什么？）

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（学生阅读课本后马上思考提出的问题，并同学之间交流讨论，教师巡视指导学生）

（学生开始积极回答问题）

学生交流：经典物理学建立了2种模型，粒子模型和波动模型。

学生思考：以粒子模型处理的有：匀变速直线运动，自由落体运动，平抛运动，匀速圆周运动，简谐运动，以波动模型处理的有：绳波，水波，声波等机械波，电磁波。

学生思考：经典的粒子模型基本特征是：有一定的的空间大小，有一定的质量，有的有电荷。只要知道物体的初始条件（初始位置、初速度）以及受力情况，由牛顿第二定律可知，就能确定它们以后任意时刻的位置和速度，进而确定它们在空间中的运动轨迹。缺陷：有些问题想着简单处理起来很麻烦。

学生思考：经典的波动模型基本特征是：其特征是具有波长和频率，具有时间和空间的周期性。例如声波，电磁波，水波可用波长和频率周期性变化的物理量来描述，具有干涉、衍射、偏振等现象。

（教师对于主动回答问题，回答好的同学要积极肯定）

教师：（教师总结，引出下一问题）由此可见，在经典物理学中，粒子和波是完全不同的两件事，但是在现代物理当中科学家在处理问题时却把粒子和波统一起来，你能举出例子吗？

学生思考：光子的能量E=hν，光子的动量性，光的波动性和粒子性并不矛盾。

表达式说明光具有波粒二象教师：（层层递进引向概率波）可见研究光波和物质波是什么波，不能从经典粒子经典波分析，那么研究“光波和物质波是什么波”怎么建立模型进行分析呢？请同学们阅读第40页倒数第2自然段“为了了解光波„„„„”至第41页第3自然段结束“„„„„光波是一种概率波。”然后思考回答幻灯片上打出的几个问题。

多媒体展示问题：

1. 分析课本图17.4-1，回答按照光的波动理论如何解释条纹的明暗？

2. 如何用光子学说解释条纹的明暗?

3. 光的波动性是否是光子之间的相互作用引起的？有什么办法可以解决这

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个问题？得到的现象说明什么问题？）

（学生阅读课本思考提出问题，同学之间交流讨论，教师巡视指导学生）

（学生积极回答问题）

学生交流：屏上条纹的明暗表示到达屏上的光的强度不同，明纹处光波加强，暗纹处光波减弱。

学生交流：每个同频率的光子都有相同的一份能量，条纹明暗的分布应该是到达屏上的光子数目多少的分布。因此光的强度对应光子的数目，明纹处到达的光子数多，暗纹处到达的光子数少。

学生思考：让光源非常弱，以至它在前一个光子到达屏幕之后才发射第二个光子。常时间曝光得到的照片与用强光短时间得到的照片基本相同，这说明光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，波动性是光子自身的固有属性。

（教师展示以下多媒体图片，结合解释说明）

A图

B图

C图

D图

教师：（设置问题，层层递进引向概率波）单个光子通过狭缝后到底落在D 图屏上的那一点呢？

（估计学生很难直接回答，可结合多媒体伽尔顿板实验解释）

（单个小球下落的位置是不确定的，但是它落在中间狭槽的可能性要大一些，即小球落在中间的概率较大）

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教师：（结合多媒体）D图光屏上条纹的明暗与光子在该处出现的机会（概率）有什么关系？

学生思考：光子落在明纹处的机会（概率）大，落在暗纹处的机会（概率）小。

教师：（层层递进，马上要逼出概率波的概念了！）光子落在明纹处的机会大，落在暗纹处的机会小，这又说明了什么？

学生总结：（千呼万唤，逼出了概率波的概念！）光子在空间出现的概率是不一样的，光子落在明条纹处的概率大，落在暗纹处的概率小，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律来确定，因此我们说光波是一种概率波。

（教师在多媒体上要用敲击键盘的特殊声音效果逐字打出概率波概念：光子在空间出现的概率是不一样的，光子落在明条纹处的概率大，落在暗纹处的概率小，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律来确定，因此我们说光波是一种概率波。）

教师：（教师总结，引出下一问题）刚才我们通过分析实验证明了光波是一种概率波，那么对与电子和其它实物粒子所联系的物质波是什么波呢？同学们阅读第41页最后一自然段，然后回答以下问题。

多媒体展示问题：

1. 甲乙丙三图片是怎么得到的？

2. 通过分析甲乙丙三图片你能得出与电子所联系的物质波是什么波呢？为什么？

3. 甲乙丙三张图片那张最能体现波动性？那张最能体现粒子性？少量粒子的行为主要表现与大量粒子的行为主要表现相同吗?有何区别？）（学生阅读课本思考提出问题，同学之间交流讨论，教师巡视指导学生）

（学生开始积极回答问题）

学生观察：甲表示100多个电子通过双缝后的干涉图样。乙、丙分别表示3000多个、70000多个电子通过双缝后的干涉图样。

学生思考：与电子所联系的物质波也是概率波，因为电子在空间出现的概率可以通过波动的规律来确定，落在明条纹处的概率大，落在暗纹处的概率小。

（多媒体展示：与电子所联系的物质波也是概率波。电子在空间出现的概率

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可以通过波动的规律来确定：落在明条纹处的概率大，落在暗纹处的概率小。）

学生观察：丙图片那张最能体现波动性。甲图片那张最能体现粒子性。少量粒子的行为主要表现与大量粒子的行为主要表现不同，少量粒子的行为主要表现为粒子性。大量粒子的行为主要表现为波动性。

（在多媒体上要用敲击键盘的特殊声音效果逐字打出：少量粒子的行为主要表现为粒子性。大量粒子的行为主要表现为波动性。）

教师：（继续探索概率波本质）这样电子就既具有粒子性又具有波动性，电子具有波粒二象性，除了用“少量粒子的行为主要表现为粒子性。大量粒子的行为主要表现为波动性”来

判断粒子性波动性外，还有其他方法吗？）

（对此问题学生可能直接很难回答，教师可引导学生思考：前面怎么得出“光具有波粒二象性”的这个结论的？肯定有学生能根据对光的本质的历史探究过程(光的干涉，衍射，光电效应等现象)得出同样结论：粒子在和其它物质发生相互作用的时主要表现为粒子性，粒子在运动传播的过程中主要表现为波动性。教师再结合第41页课本甲乙丙三张图片说明，便能直观证明。）

（教师多媒体板书：粒子在和其它物质发生相互作用时主要表现为粒子性，粒子在传播的过程中主要表现为波动性）

教师：（教师开始提出终结本课的问题）同学们通过本节学习，你有什么收获？

学生总结：光波是一种概率波，物质波也是一种概率波。

教师：（画龙点睛）光波物质波都是概率波，概率波是波吗？与经典波有何区别？

(引起学生的强烈的好奇心和困惑，能让学生自然的回到本节核心“概率波是什么”，从而引起新的回味，自然达到本节课画龙点睛之目的。学生经过思考，相互争论，教师引导，最终肯定得能到概率波三字的真正含义。)

学生思考并总结：概率波不是波，是一种规律，概率波3字应分开理解才有意义，“概率”指的是粒子在空间出现的概率，“波”是指波动的规律。“概率波”3字合起意义应指：粒子在空间出现的概率可以通过波动的规律来确定，也就是粒子落在明条纹处的概率大，落在暗纹处的概率小。

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针对概率波的例题和练习

例1：在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子（

CD

）

A．一定落在中央亮纹处

B．一定落在亮纹处

C．可能落在暗纹处

D．落在中央亮纹处的可能性最大

同步达标练习1：在验证光的波粒二象性的实验中下列说法正确的是（

AD ）

A．使光子一个一个的通过狭缝如果时间足够长，底片上将会显示衍射图样

B．单个光子通过狭缝后底片上会出现完整的衍射图样

C．光子通过狭缝后的运动路线是直线。

D．光的波动性是大量光子运动的规律

同步达标练习2：对光的认识以下说法正确的是（ABD）

A．个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性

B．光的波动是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的

C．光表现出波动性就不具有粒子性，光表现出粒子性就不具有波动性了

D．光的波粒二象性应理解为：在某中场合下光的波动性表现明显，在另外的某种场合下光的粒子性表现明显。

【新课结束】

教师让学生总结本节内容并进行补充，然后教师提出本节大纲要求，并布置作业。（详见多媒体）

【作业】

一．课本第42页课后练习2练习3 二．质量为10克速度为300m/s在空中飞行的子弹其德布罗意波波长是多少？为什么我们无法观察出其波动性？如果能够用特殊的方法观察子弹的波动性，我们是否能够看到子弹上下或左右颤动着前进，在空间描绘出正弦曲线或其他周期性

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曲线？为什么？

◆

教学设计说明

本节内容为新课程人教版选修模块3-5第4节。本节课主要任务是知道经典的粒子和经典的波及基本特征，通过理论分析和实验探究理解概率波的概念，知道经典的粒子和经典的波与概率波的区别与联系，利用概率波解释一些现象。本节课在以前的高中教材只是略为提及主要是在大学里学习，现在之所以下到高中来主要目的是通过概率波建立，打破只是利用经典方法处理物理问题的思维，引入一种处理物理问题的新思想，扩大学生的眼界，培养学生的科学素质和学习科学的兴趣。由于本节内容抽象、理论性强，笔者个人认为：如果采用教师讲学生听得办法，可能出现学生不知教师所言的现象，采用问题式方式层层推进来处理教材能降低台阶，提高学生的兴趣和课堂参与度，增强目标的指向性，达到水到渠成的效果。

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