4　概率波教学设计内容推荐

人教版高中物理选修3-5

第十七章

波粒二象性

第四节

概率波

教学目标

一、知识目标：

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、能力目标：

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、德育目标：

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

实物粒子的波动性的理解。

教学方法

教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具

投影片，多媒体辅助教学设备

课时安排

1课时

教学过程

引入新课:

提问：前面我们学习了有关光的一些特性和相应的事实表现，那么我们究竟怎样来认识光的本质和把握其特性呢？请同时举出相应的事实基础。

学生阅读课本、思考后回答：光是一种物质，它既具有粒子性，又具有波动性。在不同条件下表现出不同特性。（分别举出有关光的干涉衍射和光电效应等实验事实）。

点评：让学生阅读课本内容结合前面所学知识进行归纳总结，形成正确观点。

教师：原来我们不能片面地认识事物，能举出本学科或其他学科或生活中类似的事或物吗？

学生举例说明：例如哲学中对事物的辨正观点等。

点评：培养学生对事物或规律的全面把握，并与与其他学科进行横向渗透联系。

新课教学: 一、经典的粒子和经典的波

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。

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。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？

学生跟随老师的讲述对于原来所学的相关知识进行自主的回顾和归纳整理。

点评：对于已经学习过的知识可以穿插在平常的教学过程中时常进行温习反思和类比迁移，多次反复一定可以帮助学生更好的掌握和利用知识。

[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？

学生思考、讨论后给出一些答复，就各种答案加以分析提炼总结。

点评：给学生一定的自主学习的时间和空间效果比被动的接受知识要好，能够更加有效的培养他们的学习主动性和能动性。

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。

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。

课堂小结：

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。

课后练习：

1．当用一束紫外线照射装在原不带电的验电器金属球上的锌板时，发生了光电效应，这时发生的现象是[

] A．验电器内的金属箔带正电

B．有电子从锌板上飞出来

C．有正离子从锌板上飞出来

D．锌板吸收空气中的正离子

2．一束绿光照射某金属发生了光电效应，对此，以下说法中正确的是[

] A．若增加绿光的照射强度，则单位时间内逸出的光电子数目不变

B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子最大初动能增加

C．若改用紫光照射，则逸出光电子的最大初动能增加

D．若改用紫光照射，则单位时间内逸出的光电子数目一定增加

3．在光电效应实验中，如果需要增大光电子到达阳极时的速度，可采用哪种方法？[

] A．增加光照时间

B．增大入射光的波长

C．增大入射光的强度

D．增大入射光频率

4．介质中某光子的能量是E，波长是λ，则此介质的折射率是[

] A．λE/h

B．λE/ch C．ch/λE

D．h/λE 5．光电效应的四条规律中，波动说仅能解释的一条规律是[

] 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，光电流的强度与人射光的强度成正比

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10-9s 6．三种不同的入射光A、B、C分别射在三种不同的金属a、b、c表面，均恰能使金属中逸出光电子，若三种入射光的波长λA＞λB＞λC，则[

] A．用入射光A照射金属b和c，金属b和c均可发出光电效应现象

B．用入射光A和B照射金属c，金属c可发生光电效应现象

C．用入射光C照射金属a与b，金属a、b均可发生光电效应现象

D．用入射光B和C照射金属a，均可使金属a发生光电效应现象

7．下列关于光子的说法中，正确的是[

] A．在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子

B．光子的能量由光强决定，光强大，每份光子的能量一定大

C．光子的能量由光频率决定，其能量与它的频率成正比

D．光子可以被电场加速

8．下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是[

] 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

9．下列说法不正确的是[

] 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

10．光电管是一种把_______信号转换成_______信号的器件，它主要用于自动化装置及________等技术装置里．

11．用频率为

的光照射金属表面所产生的光电子垂直进入磁感强度为B的匀强磁场中作匀速圆周运动时，其最大半径为R，电子质量为m，电量为e，则金属表面光电子的逸出功为_______．

12．能使金属钠产生光电效应的单色光的极限频率是6.0×1014Hz．根据能量守恒，用频率是7.0×1014Hz的紫光照射金属钠，产生光电子的最大初动能是_____J．

13．在水中波长为400nm的光子的能量为_____J，已知水的折射率为1.33，普朗克常量h=6.63×10-34J·s 14．金属钠产生光电效应的极限频率是6.0×1014Hz．根据能量转化和守恒守律，计算用波长0.40μm的单色光照射金属钠时，产生的光电子的最大初动能是多大？

参考答案

1．AB

2．C

3．D

4．C

5．B

6．CD

7．AC

8．C

9．C

10．光，电，有声电影、无线电传真

-B2e2R2/2m

12．6.63×10-20

13．3.73×10-19

14．0.99×10-19J

11．h