高中物理3-5教学案 (32)

新课程人教版物理选修模块3-5（2007年3月第2版）

17.4 概率波

泰安第三中学李克君

【教学目标】

★知识与技能

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。

★过程与方法

理解什么是概率波，并能用概率波的概念解释干涉，衍射等现象。

★情感态度与价值观

１.体会科学理论的建立过程，体会科学发展的无限性。

２.培养学生的科学素质及学习科学热爱科学精神。

【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。

【教具准备】多媒体Powerpoint课件

▼教学过程：

【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？）（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：经典物理学建立了2种模型，粒子模型和波动模型。

学生：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：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：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：光子的能量E=h ν，光子的动量λ

h p =表达式说明光具有波粒二象性，光的波动性和粒子性并不矛盾。

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。（此时多媒体打出如下问题： 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：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：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：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？

学生：不好确定。（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．）

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：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：（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。（教师这时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。（多媒体打出如下问题：

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：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：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。（这时在多媒体上要用敲击键盘的