《概率波》參考教案 省賽獲獎(jiǎng)

PAGE7高二物理概率波【教學(xué)目標(biāo)】（一）知識與技能1．了解微粒說的基本觀點(diǎn)及對光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問題．2．了解波動說的基本觀點(diǎn)及對光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問題．3．了解事物的連續(xù)性與分立性是相對的，了解光既有波動性，又有粒子性．4．了解光是一種概率波．（二）過程與方法1．領(lǐng)悟什么是概率波2．了解物理學(xué)中物理模型的特點(diǎn)初步掌握科學(xué)抽象這種研究方法3．通過數(shù)形結(jié)合的學(xué)習(xí)，認(rèn)識數(shù)學(xué)工具在物理科學(xué)中的作用（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀理解人類對光的本性的認(rèn)識和研究經(jīng)歷了一個(gè)十分漫長的過程，這一過程也是辯證發(fā)展的過程．根據(jù)事實(shí)建立學(xué)說，發(fā)展學(xué)說，或是決定學(xué)說的取舍，發(fā)現(xiàn)新的事實(shí)，再建立新的學(xué)說．人類就是這樣通過光的行為，經(jīng)過分析和研究，逐漸認(rèn)識光的本性的．【重點(diǎn)難點(diǎn)】1、重點(diǎn)：人類對光的本性的認(rèn)識的發(fā)展過程．2、難點(diǎn)：對量子化、波粒二象性、概率波等概念的理解【授課內(nèi)容】一、經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波在經(jīng)典物理學(xué)的觀念中，，人們形成了一種觀念，物質(zhì)要么具有粒子性，要么具有波動性，非此即彼。任意時(shí)刻的確定位置和速度以及空中的確定軌道，是經(jīng)典物理學(xué)粒子運(yùn)動的基本特征。與經(jīng)典的粒子不同，經(jīng)典的波在空間中是彌散開來的，其特征是具有頻率和波長，也就是具有時(shí)空的周期性。

顯而易見，在經(jīng)典物理學(xué)中，波和粒子是兩種不同的研究對象，具有非常不同的表現(xiàn)。那么，為什么光和微觀粒子既表現(xiàn)有波動性又表現(xiàn)有粒子性的雙重屬性呢學(xué)生跟隨老師的講述對于原來所學(xué)的相關(guān)知識進(jìn)行自主的回顧和歸納整理。點(diǎn)評：對于已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識可以穿插在平常的教學(xué)過程中時(shí)常進(jìn)行溫習(xí)反思和類比遷移，多次反復(fù)一定可以幫助學(xué)生更好的掌握和利用知識。[問題]：在微觀世界中，如何把波的圖象與粒子的圖象統(tǒng)一起來呢學(xué)生思考、討論后給出一些答復(fù)，就各種答案加以分析提煉總結(jié)。點(diǎn)評：給學(xué)生一定的自主學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間效果比被動的接受知識要好，能夠更加有效的培養(yǎng)他們的學(xué)習(xí)主動性和能動性。二、概率波1、德布羅意波的統(tǒng)計(jì)解釋1926年，德國物理學(xué)玻恩（Born，1882--1972）提出了概率波，認(rèn)為個(gè)別微觀粒子在何處出現(xiàn)有一定的偶然性，但是大量粒子在空間何處出現(xiàn)的空間分布卻服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。展示演示文稿資料：玻恩點(diǎn)評：應(yīng)用物理學(xué)家的歷史資料，不僅有真實(shí)感，增強(qiáng)了說服力，同時(shí)也能對學(xué)生進(jìn)行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，激發(fā)學(xué)生的探索精神。

２、概率波對光的雙縫衍射現(xiàn)象的解釋：光是一種粒子，它和物質(zhì)的作用是“一份一份”地進(jìn)行的用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)從光子打在膠片上的位置，我們發(fā)現(xiàn)了規(guī)律性

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果曝光時(shí)間不太長，底片上只出現(xiàn)一些無規(guī)則分布的點(diǎn)子，那些點(diǎn)子是光子打在底片上形成的，如果曝光時(shí)間足夠長，我們無法把它們區(qū)分開，因此看起來是連續(xù)的單個(gè)光子通過雙縫后的落點(diǎn)無法預(yù)測,但是研究很多光子打在膠片上的位置,我們發(fā)現(xiàn)了規(guī)律性:光子落在某些條形區(qū)域內(nèi)的可能性較大這些條形區(qū)域正是某種波通過雙縫后發(fā)生干涉時(shí)振幅加強(qiáng)的區(qū)域這個(gè)現(xiàn)象表明，光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大?。ǜ怕剩怯捎谶@個(gè)原因，1926年德國的物理學(xué)家波恩指出：雖然不能肯定某個(gè)光子落在哪一點(diǎn)，但由屏上各處明暗不同可知，光子落在各點(diǎn)的概率是不一樣的，即光子落在明紋處的概率大，落在暗紋處的概率小。這就是說，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動的規(guī)律確定，所以，從光子的概念上看，光波是一種概率波。物理學(xué)中把光波叫做概率波概率表征某一事物出現(xiàn)的可能性經(jīng)過長期的探索，人們對光的認(rèn)識越來越深入了光既是一種波,又是一種粒子,光既表現(xiàn)出波動性又表現(xiàn)出粒子性而在我們的經(jīng)驗(yàn)中找不到既是波,又是粒子的東西這是因?yàn)槲覀兊慕?jīng)驗(yàn)局限于宏觀物體的運(yùn)動,微觀世界的某些屬性與宏觀世界不同，我們從來沒有過類似的經(jīng)歷隨著人類的認(rèn)識范圍不斷擴(kuò)展，不可能直接感知的事物出現(xiàn)在我們面前在這種情況下我們就要設(shè)想一種模型，盡管以日常經(jīng)驗(yàn)來衡量，這個(gè)模型的行為十分古怪，但是只要能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，它就能夠在一定范圍內(nèi)正確代表所研究的對象３、光的波動性與粒子性是不同條件下的表現(xiàn)：講述：大量光子行為顯示波動性；個(gè)別光子行為顯示粒子性；光的波長越長，波動性越強(qiáng)；光的波長越短，粒子性越強(qiáng)４、概率波對物質(zhì)波的雙縫衍射現(xiàn)象的解釋對于電子和其他微觀粒子，由于同樣具有波粒二象性，所以與它們相聯(lián)系的物質(zhì)波也是概率波。也就是說，單個(gè)粒子位置是不確定的。對于大量粒子，這種概率分布導(dǎo)致確定的宏觀結(jié)果。總之，按光子的模型，用統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)看待單個(gè)粒子與粒子總體的聯(lián)系，并將波的觀點(diǎn)與粒子觀點(diǎn)結(jié)合起來了，但這里的波是特殊意義的波，因而被稱為“概率波”．這種對物質(zhì)波衍射與實(shí)物粒子的波粒二象性的理解，稱作統(tǒng)計(jì)解釋或概率解釋．點(diǎn)評：存疑——求解，人類社會的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步都是在這樣的情景下取得。三、課堂小結(jié)教師活動：光既具有波動性，又具有粒子性。既不可把光看成宏觀觀念中的波，也不可把光看成宏觀觀念中的粒子。