4　概率波优质课教案内容

高三物理选修3-5第十七章波粒二象性第四节概率波

【教学目标】

1．了解经典的粒子和波的模型。

2．了解概率波的内容。

3．通过分析实验，体会微观粒子波粒二象性模型的建立

【教学重点】

光子、电子干涉条纹对概率波理论的验证

【教学难点】

对量子化、波粒二象性、概率波等概念的理解．

【自主学习】

一．经典的粒子和经典波

1．经典粒子的特征

（1）经典物理学中，粒子有一定的空间大小，有一定的质量，有的还具有电荷。

（2）经典粒子运动的基本特征：遵从牛顿运动定律，只要已知它们的受力情况及初位置、初速度，从理论上讲就可以准确地确定以后任意时刻的

和

，进而在空间描绘出的确定的

。

2．经典波的特征

经典的波在空间是弥散开来的，其特征是具有

和

，也就是具有时间、空间的周期性。在经典物理中，波和粒子是两种不同的研究对象，具有非常不同的表现。

二．概率波

1．光的双缝干涉实验如图所示。从光源S发出的光通过双缝S1和S2后在屏上形成明暗条纹。按照光的波动理论，条纹的明暗表示到达屏上的光的强度不同。按照光子的模型，每个同频光子都带有相同的一份能量，所以条纹明暗表示到达屏上的光子数目多少的分布，也就是说，光的强弱对应光的数目，明条纹处到达的光子数多，暗条纹处到达的光子数少。

2．实验使光源S非常弱，以致于它在前一个光子到达屏幕之后才发射第二个光子，这样就排除了光子之间相互作用的可能性。实验结果表明，尽管单个光子的落点不可预知，但是长时间曝光之后仍然得到如图所示那样的条纹分布。可见光的波动性不是光子之间相互作用引起的，而是光子自身固有的性质。

3．一个光子通过狭缝后到底落在屏上的哪一点，对此，1926年德国物理学家玻恩指出：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的事实可以推知，光落在各点的概率时不一样的，即光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处概率小。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

。

4．德布罗意物质波也是概率波

对于电子和其它微观粒子，由于同样具有波粒二象性，所以与它们相联系的德布罗意波也是概率波。也就是说，单个粒子的位置是不确定的，但在某点附近出现的概率的大小可以由波动的规律确定。对于大量的粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果，例如衍射条纹分布等。如图所示是电子通过双缝的结果。图甲表示100多个电子通过双缝后的干涉图样，可以看到每一个电子都是一个点，体现了电子的粒子性。图乙、

丙分别3000多个、70000多个电子通过双缝后的干涉图样。随着电子数的增加，规则的条纹越来越明显。

5．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

【随堂练习】

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(

) A．一定落在中央亮纹处

B．一定落在其他亮纹处

C．可能落在暗纹处

D．落在中央亮纹处的可能性最大

2．2003年全世界物理学家评选出“十大最美物理实验”，排名第一的为1961年物理学家利用“托马斯·杨”双缝干涉实验装置进行电子干涉的实验。从辐射源辐射出的电子束经两靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹，该实验说明(

)

A．光具有波动性

B．光具有波粒二象性

C．微观粒子也具有波动性

D．微观粒子也是一种电磁波

3．下列说法正确的是(

) A．概率波就是机械波

B．物质波是一种概率波

C．概率波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象

D．在光的双缝干涉实验中，若有一个光子，则能确定这个光子落在哪个点上

4．下列叙述的情况正确的是(

) A．光的粒子性说明每个光子就像一个极小的球体

B．光是与橡皮绳形成的绳波相似的波

C．光是一种粒子，它和其他物质作用是“一份一份”进行的

D．光子在空间各点出现的可能性大小(概率)，可以用波动的规律来描述

5．为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是(

) A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样

B．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样

C．大量光子的运动显示光的波动性

D．个别光子的运动显示光的粒子性，光只有波动性没有粒子性

6．下列说法正确的是(

) A．光波是一种概率波

B．光波是一种电磁波

C．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性

D．光的频率越长，波动性越强

7．一个电子被加速后，以极高的速度在空间运动，关于它的运动，下列说法中正确的是(

) A．电子在空间做匀速直线运动

B．电子上下左右颤动着前进

C．电子运动轨迹是正弦曲线

D．无法预言它的路径

8．下列说法中正确的是（

）

A．光的波粒二象性，就是由牛顿的微粒说和惠更斯的波动说组成的

B．光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的光的电磁说

C．光子说并没有否定光的电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν表示波的特征，ε表示粒子的特征

D．光波是宏观概念中那种连续的波

9．从光的波粒二象性出发，下列说法正确的是(

) A．光是高速运动的微观粒子，每个光子都具有波粒二象性

B．光的频率越高，光子的能量越大

C．在光的干涉中，暗条纹的地方是光子不会到达的地方

D．在光的干涉中，亮条纹的地方是光子到达概率最大的地方

10．下列各种波属于概率波的是(

) A．声波

B．无线电波

C．光波

D．物质波

11．在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是(

) A．使光子一个一个地通过狭缝，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．光子通过狭缝的运动路线是直线

D．光的波动性是大量光子运动的规律

12．在光的双缝干涉实验中，在光屏上放上照相底片并设法减弱光子流的强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，在曝光时间不长和曝光时间足够长的两种情况下，其实验结果是（

）

A．若曝光时间不长，则底片上出现一些无规则的点

B．若曝光时间足够长，则底片上出现干涉条纹

C．这一实验结果证明了光具有波动性

D．这一实验结果否定了光具有粒子性

【课后反思】

参考答案

【随堂练习】

1．CD 2．C 3．B 4．CD 5．AC 6．ABC 7．D 8．C 9．BD 10．CD 11．AD 12．ABC