第十七章教案波粒二象性教案

第十七章波粒二象性新課標要求1、內容標準（1）了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點。體會量子論的建立深化了人們對于物質世界的認識。（2）通過實驗了解光電效應。知道愛因斯坦光電效應方程以及意義。（3）了解康普頓效應。（4）根據(jù)實驗說明光的波粒二象性。知道光是一種概率波。（5）知道實物粒子具有波動性。知道電子云。初步了解不確定性關系。（6）通過典型事例了解人類直接經(jīng)驗的局限性。體會人類對世界的探究是不斷深入的。例1：通過電子衍射實驗，初步了解微觀粒子的波粒二象性，體會人類對于物質世界認識的不斷深入。2、活動建議：閱讀有關微觀世界的科普讀物，寫出讀書體會。17.1能量量子化：物理學的新紀元三維教學目標1、知識與技能（1）了解什么是熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射。（2）了解黑體輻射的實驗規(guī)律，了解黑體熱輻射的強度與波長的關系。（3）了解能量子的概念。2、過程與方法（1）了解微觀世界中的量子化現(xiàn)象。比較宏觀物體和微觀粒子的能量變化特點。（2）體會量子論的建立深化了人們對于物質世界的認識。3、情感、態(tài)度與價值觀：領略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。教學重點：能量子的概念教學難點：黑體輻射的實驗規(guī)律教學方法：教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。教學用具：投影片，多媒體輔助教學設備教學過程：第一節(jié)能量量子化：物理學的新紀元（一）引入新課介紹能量量子化發(fā)現(xiàn)的背景：（多媒體投影，見課件。）19世紀末頁，牛頓定律在各個領域里都取得了很大的成功：在機械運動方面不用說，在分子物理方面，成功地解釋了溫度、壓強、氣體的內能。在電磁學方面，建立了一個能推斷一切電磁現(xiàn)象的Maxwell方程。另外還找到了力、電、光、聲----等都遵循的規(guī)律---能量轉化與守恒定律。當時許多物理學家都沉醉于這些成績和勝利之中。他們認為物理學已經(jīng)發(fā)展到頭了。1900年，在英國皇家學會的新年慶祝會上，著名物理學家開爾文作了展望新世紀的發(fā)言：“科學的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學家只要做一些零碎的修補工作就行了?！币簿褪钦f：物理學已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實驗再做一做，在實驗數(shù)據(jù)的小數(shù)點后面在加幾位罷了！但開爾文畢竟是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學家，就在上面提到的文章中他還講到：“但是，在物理學晴朗天空的遠處，還有兩朵令人不安的烏云，----”這兩朵烏云是指什么呢？一朵與黑體輻射有關，另一朵與邁克爾遜實驗有關。然而，事隔不到一年（1900年底），就從第一朵烏云中降生了量子論，緊接著（1905年）從第二朵烏云中降生了相對論。經(jīng)典物理學的大廈被徹底動搖，物理學發(fā)展到了一個更為遼闊的領域。正可謂“山重水復疑無路，柳暗花明又一村”。點出課題：我們這節(jié)課就來體驗物理學新紀元的到來――能量量子化的發(fā)現(xiàn)。（二）進行新課1、黑體與黑體輻射在了解什么是黑體與黑體輻射之前，請同學們先閱讀教材，了解一下什么是熱輻射。閱讀教材關于熱輻射的描述。通過課件展示，加深學生對熱輻射的理解。并通過課件展示，使學生進一步了解熱輻射的特點，為黑體概念的提出準備知識。（1）熱輻射現(xiàn)象固體或液體，在任何溫度下都在發(fā)射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。所輻射電磁波的特征與溫度有關。例如：鐵塊溫度↑從看不出發(fā)光到暗紅到橙色到黃白色，從能量轉化的角度來認識，是熱能轉化為電磁能的過程。（2）黑體除了熱輻射之外，物體表面還會吸收和反射外界射來的電磁波。不同的物體吸收和反射電磁波的能力是不一樣的。概念：能全部吸收各種波長的電磁波而不發(fā)生反射的物體，稱為絕對黑體，簡稱黑體。（課件展示黑體模型）不透明的材料制成帶小孔的的空腔，可近似看作黑體。如圖所示。研究黑體輻射的規(guī)律是了解一般物體熱輻射性質的基礎。黑體模型黑體模型2、黑體輻射的實驗規(guī)律閱讀教材“黑體輻射的實驗規(guī)律”，接合課件展示，講解黑體輻射的實驗規(guī)律。如圖所示。黑體熱輻射的強度與波長的關系：隨著溫度的升高，一方面，各種波長的輻射強度都有增加，另一方面，輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。提出1：怎樣解釋黑體輻射的實驗規(guī)律呢？在新的理論誕生之前，人們很自然地要依據(jù)熱力學和電磁學規(guī)律來解釋。德國物理學家維恩和英國物理學家瑞利分別提出了輻射強度按波長分布的理論公式。結果導致理論與實驗規(guī)律不符，甚至得出了非?；闹嚨慕Y論，當時被稱為“紫外災難”。（瑞利--金斯線，見課件）0123456(μm)1700K1500Kμm)1700K1500Kλ1300K1100K實驗結果3、能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)利用已有的理論解釋黑體輻射的規(guī)律，導致了荒謬的結果。必然會促使人們去發(fā)現(xiàn)新的理論。這就是能量子概念。1900年，德國物理學家普朗克提出能量量子化假說：輻射黑體分子、原子的振動可看作諧振子，這些諧振子可以發(fā)射和吸收輻射能。但是這些諧振子只能處于某些分立的狀態(tài)，在這些狀態(tài)中，諧振子的能量并不象經(jīng)典物理學所允許的可具有任意值。相應的能量是某一最小能量ε（稱為能量子）的整數(shù)倍，即：ε，1ε，2ε，3ε，...nε，n為正整數(shù)，稱為量子數(shù)。對于頻率為ν的諧振子最小能量為：這個最小能量值，就叫做能量子。課件展示：普朗克的能量子假說和黑體輻射公式（1）黑體輻射公式1900.10.19普朗克在德國物理學會會議上提出一個黑體輻射公式：普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經(jīng)過十多年的努力證明任何復歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅定地相信h的引入確實反映了新理論的本質。1918年普朗克榮獲了諾貝爾物理學獎。他的墓碑上只刻著他的姓名和（）黑體輻射的研究卓有成效地展現(xiàn)在人們的眼前，紫外災難的疑點找到了，為人類解決了一大難題。使熱愛科學的人們又一次倍感欣慰，但真理與謬誤之爭就此平息了嗎？（沒有）物理難題：1888年，霍瓦(Hallwachs)發(fā)現(xiàn)一個帶負電的金屬板被紫外光照射會放電。近10年以后，1897年，湯姆孫發(fā)現(xiàn)了電子，此時，人們認識到那就是從金屬表面射出的電子，后來，這些電子被稱作光電子(photoelectron)，相應的效應叫做光電效應。人們本著對光的完美理論（光的波動性、電磁理論）進行解釋會出現(xiàn)什么結果？明天，我們就繼續(xù)學習“科學的轉折：光的粒子性”。17.2科學的轉折：光的粒子性三維教學目標1、知識與技能（1）通過實驗了解光電效應的實驗規(guī)律。（2）知道愛因斯坦光電效應方程以及意義。（3）了解康普頓效應，了解光子的動量2、過程與方法：經(jīng)歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應用科學探究的方法研究物理問題，驗證物理規(guī)律。3、情感、態(tài)度與價值觀：領略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。教學重點：光電效應的實驗規(guī)律教學難點：愛因斯坦光電效應方程以及意義教學方法：教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。教學用具：投影片，多媒體輔助教學設備教學過程：第一節(jié)科學的轉折：光的粒子性（一）引入新課回顧前面的學習，總結人類對光的本性的認識的發(fā)展過程？（多媒體投影，見課件。）光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光是電磁波，光的偏振現(xiàn)象進一步說明光還是橫波。19世紀60年代，麥克斯韋又從理論上確定了光的電磁波本質。然而，出人意料的是，正當人們以為光的波動理論似乎非常完美的時候，又發(fā)現(xiàn)了用波動說無法解釋的新現(xiàn)象——光電效應現(xiàn)象。對這一現(xiàn)象及其他相關問題的研究，使得人們對光的又一本質性認識得到了發(fā)展。（二）進行新課1、光電效應實驗演示1：（課件輔助講述）用弧光燈照射擦得很亮的鋅板，(注意用導線與不帶電的驗電器相連），使驗電器張角增大到約為30度時，再用與絲綢磨擦過的玻璃棒去靠近鋅板，則驗電器的指針張角會變大。上述實驗說明了什么？（表明鋅板在射線照射下失去電子而帶正電）概念：在光(包括不可見光)的照射下，從物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應。發(fā)射出來的電子叫做光電子。2、光電效應的實驗規(guī)律（1）光電效應實驗如圖所示，光線經(jīng)石英窗照在陰極上，便有電子逸出----光電子。光電子在電場作用下形成光電流。概念：遏止電壓，將換向開關反接，電場反向，則光電子離開陰極后將受反向電場阻礙作用。當K、A間加反向電壓，光電子克服電場力作功，當電壓達到某一值Uc時，光電流恰為0。Uc稱遏止電壓。根據(jù)動能定理，有：（2）光電效應實驗規(guī)律①光電流與光強的關系：飽和光電流強度與入射光強度成正比。②截止頻率νc----極限頻率，對于每種金屬材料，都相應的有一確定的截止頻率νc，當入射光頻率ν>νc時，電子才能逸出金屬表面；當入射光頻率ν<νc時，無論光強多大也無電子逸出金屬表面。③光電效應是瞬時的。從光開始照射到光電子逸出所需時間<10-9s。3、光電效應解釋中的疑難經(jīng)典理論無法解釋光電效應的實驗結果。經(jīng)典理論認為，按照經(jīng)典電磁理論，入射光的光強越大，光波的電場強度的振幅也越大，作用在金屬中電子上的力也就越大，光電子逸出的能量也應該越大。也就是說，光電子的能量應該隨著光強度的增加而增大，不應該與入射光的頻率有關，更不應該有什么截止頻率。光電效應實驗表明：飽和電流不僅與光強有關而且與頻率有關，光電子初動能也與頻率有關。只要頻率高于極限頻率，即使光強很弱也有光電流；頻率低于極限頻率時，無論光強再大也沒有光電流。光電效應具有瞬時性。而經(jīng)典認為光能量分布在波面上，吸收能量要時間，即需能量的積累過程。為了解釋光電效應，愛因斯坦在能量子假說的基礎上提出光子理論，提出了光量子假設。4、愛因斯坦的光量子假設（1）內容光不僅在發(fā)射和吸收時以能量為hν的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時也是如此。也就是說，頻率為ν的光是由大量能量為E=hν的光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速c運動。（2）愛因斯坦光電效應方程在光電效應中金屬中的電子吸收了光子的能量，一部分消耗在電子逸出功W0，另一部分變?yōu)楣怆娮右莩龊蟮膭幽蹺k。由能量守恒可得出：W0為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功。Wk為光電子的最大初動能。（3）愛因斯坦對光電效應的解釋①光強大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。②電子只要吸收一個光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時間的累積。③從方程可以看出光電子初動能和照射光的頻率成線性關系④從光電效應方程中，當初動能為零時，可得極限頻率：愛因斯坦光子假說圓滿解釋了光電效應，但當時并未被物理學家們廣泛承認，因為它完全違背了光的波動理論。5、光電效應理論的驗證美國物理學家密立根，花了十年時間做了“光電效應”實驗，結果在1915年證實了愛因斯坦光電效應方程，h的值與理論值完全一致，又一次證明了“光量子”理論的正確。6、展示演示文稿資料：愛因斯坦和密立根由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應的實驗規(guī)律，榮獲1921年諾貝爾物理學獎。密立根由于研究基本電荷和光電效應，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最小單位。獲得1923年諾貝爾物理學獎。點評：應用物理學家的歷史資料，不僅有真實感，增強了說服力，同時也能對學生進行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和科學精神，激發(fā)學生的探索精神。光電效應在近代技術中的應用（1）光控繼電器可以用于自動控制，自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等。（2）光電倍增管可對微弱光線進行放大，可使光電流放大105~108倍，靈敏度高，用在工程、天文、科研、軍事等方面。7、康普頓效應（1）光的散射：光在介質中與物質微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。（2）康普頓效應1923年康普頓在做X射線通過物質散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關，而與入射線波長和散射物質都無關。（3）康普頓散射的實驗裝置與規(guī)律：按經(jīng)典電磁理論：如果入射X光是某種波長的電磁波，散射光的波長是不會改變的！散射中出現(xiàn)的現(xiàn)象，稱為康普頓散射?？灯疹D散射曲線的特點：①除原波長外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長②新波長隨散射角的增大而增大。波長的偏移為波長的偏移只與散射角有關，而與散射物質種類及入射的X射線的波長無關，=0.0241?=2.41×10-3nm（實驗值）稱為電子的Compton波長只有當入射波長與可比擬時，康普頓效應才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。（4）經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應時遇到的困難①根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當電磁波通過物質時，物質中帶電粒子將作受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應等于入射光頻率。②無法解釋波長改變和散射角的關系。（5）光子理論對康普頓效應的解釋①若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。②若光子和束縛很緊的內層電子相碰撞，光子將與整個原子交換能量，由于光子質量遠小于原子質量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。③因為碰撞中交換的能量和碰撞的角度有關，所以波長改變和散射角有關。（6）康普頓散射實驗的意義①有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設；②首次在實驗上證實了“光子具有動量”的假設；③證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，動量和能量守恒定律仍然是成立的。（7）光子的能量和動量說明：動量能量是描述粒子的，頻率和波長則是用來描述波的展示演示文稿資料：康普頓康普頓的成功也不是一帆風順的，在他早期的幾篇論文中，一直認為散射光頻率的改變是由于“混進來了某種熒光輻射”；在計算中起先只考慮能量守恒，后來才認識到還要用動量守恒。康普頓于1927年獲諾貝爾物理獎。展示演示文稿資料：吳有訓對研究康普頓效應的貢獻1923年，吳有訓參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應的研究工作.1925—1926年，吳有訓用銀的X射線(=5.62nm)為入射線，以15種輕重不同的元素為散射物質，在同一散射角()測量各種波長的散射光強度，作了大量X射線散射實驗。對證實康普頓效應作出了重要貢獻。點評：應用物理學家的歷史資料，不僅有真實感，增強了說服力，同時也能對學生進行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和科學精神，激發(fā)學生的探索精神。17.3嶄新的一頁：粒子的波動性三維教學目標1、知識與技能（1）了解光既具有波動性，又具有粒子性；（2）知道實物粒子和光子一樣具有波粒二象性；（3）知道德布羅意波的波長和粒子動量關系。2、過程與方法（1）了解物理真知形成的歷史過程；（2）了解物理學研究的基礎是實驗事實以及實驗對于物理研究的重要性；（3）知道某一物質在不同環(huán)境下所表現(xiàn)的不同規(guī)律特性。3、情感、態(tài)度與價值觀（1）通過學生閱讀和教師介紹講解，使學生了解科學真知的得到并非一蹴而就，需要經(jīng)過一個較長的歷史發(fā)展過程，不斷得到糾正與修正；（2）通過相關理論的實驗驗證，使學生逐步形成嚴謹求實的科學態(tài)度；（3）通過了解電子衍射實驗，使學生了解創(chuàng)造條件來進行有關物理實驗的方法。教學重點：實物粒子和光子一樣具有波粒二象性，德布羅意波長和粒子動量關系。教學難點：實物粒子的波動性的理解。教學方法：學生閱讀－討論交流－教師講解－歸納總結。教學用具：課件：PP演示文稿（科學家介紹，本節(jié)知識結構）。多媒體教學設備。教學過程：第三節(jié)嶄新的一頁：粒子的波動性（一）引入新課提問：前面我們學習了有關光的一些特性和相應的事實表現(xiàn)，那么我們究竟怎樣來認識光的本質和把握其特性呢？（光是一種物質，它既具有粒子性，又具有波動性。在不同條件下表現(xiàn)出不同特性，分別舉出有關光的干涉衍射和光電效應等實驗事實）。我們不能片面地認識事物，能舉出本學科或其他學科或生活中類似的事或物嗎？（二）進行新課1、光的波粒二象性講述光的波粒二象性，進行歸納整理。（1）我們所學的大量事實說明：光是一種波，同時也是一種粒子，光具有波粒二象性。光的分立性和連續(xù)性是相對的，是不同條件下的表現(xiàn)，光子的行為服從統(tǒng)計規(guī)律。（2）光子在空間各點出現(xiàn)的概率遵從波動規(guī)律，物理學中把光波叫做概率波。2、光子的能量與頻率以及動量與波長的關系。＝提問：作為物質的實物粒子(如電子、原子、分子等)是否也具有波動性呢？3、粒子的波動性提問：誰大膽地將光的波粒二象性推廣到實物粒子？只是因為他大膽嗎？（法國科學家德布羅意考慮到普朗克能量子和愛因斯坦光子理論的成功，大膽地把光的波粒二象性推廣到實物粒子。）（1）德布羅意波：實物粒子也具有波動性，這種波稱之為物質波，也叫德布羅意波。（2）物質波波長：＝提問：各物理量的意義？（為德布羅意波長，h為普朗克常量，p為粒子動量）閱讀課本有關內容，為什么德布羅意波觀點很難通過實驗驗證？又是在怎樣的條件下使實物粒子的波動性得到了驗證？4、物質波的實驗驗證提問：粒子波動性難以得到驗證的原因？（宏觀物體的波長比微觀粒子的波長小得多，這在生活中很難找到能發(fā)生衍射的障礙物，所以我們并不認為它有波動性，作為微觀粒子的電子，其德布羅意波波長為10－10m數(shù)量級，找與之相匹配的障礙物也非易事）例題：某電視顯像管中電子的運動速度是4.0×107m/s；質量為10g的一顆子彈的運動速度是200m/s。分別計算它們的德布羅意波長。（根據(jù)公式計算得1.8×10-11m和3.3×10-34m）電子波動性的發(fā)現(xiàn)者——戴維森和小湯姆遜電子波動性的發(fā)現(xiàn),使得德布羅意由于提出實物粒子具有波動性這一假設得以證實，并因此而獲得1929年諾貝爾物理學獎，而戴維森和小湯姆遜由于發(fā)現(xiàn)了電子的波動性也同獲1937年諾貝爾物理學獎。閱讀有關物理學歷史資料，了解物理學有關知識的形成建立和發(fā)展的真是過程。（應用物理學家的歷史資料，不僅有真實感，增強了說服力，同時也能對學生進行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和科學精神，激發(fā)學生的探索精神）電子衍射實驗：1927年，兩位美國物理學家使電子束投射到鎳的晶體上，得到了電子束的衍射圖案，從而證實了德布羅意的假設。除了電子以外，后來還陸續(xù)證實了質子、中子以及原子、分子的波動性。提問：衍射現(xiàn)象對高分辨率的顯微鏡有影響否？如何改進？（顯微鏡的分辨本領）17.4概率波三維教學目標1、知識與技能（1）了解微粒說的基本觀點及對光學現(xiàn)象的解釋和所遇到的問題；（2）了解波動說的基本觀點及對光學現(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。2、過程與方法（1）領悟什么是概率波；（2）了解物理學中物理模型的特點初步掌握科學抽象這種研究方法；（3）通過數(shù)形結合的學習，認識數(shù)學工具在物理科學中的作用。3、情感、態(tài)度與價值觀：理解人類對光的本性的認識和研究經(jīng)歷了一個十分漫長的過程，這一過程也是辯證發(fā)展的過程．根據(jù)事實建立學說，發(fā)展學說，或是決定學說的取舍，發(fā)現(xiàn)新的事實，再建立新的學說。人類就是這樣通過光的行為，經(jīng)過分析和研究，逐漸認識光的本性的。教學重點：人類對光的本性的認識的發(fā)展過程。教學難點：對量子化、波粒二象性、概率波等概念的理解。教學方法：“創(chuàng)設情景，提出問題——觀察思考，自主探索——討論交流，總結歸納”為教學結構，采用“交流——互動”。教學用具：PP演示文稿（科學家介紹，本節(jié)知識結構）。多媒體教學設備。教學過程：第四節(jié)概率波（一）引入新課（1）康普頓散射實驗：康普頓效應是γ射線或X射線打在物質上，與物質中原子的核外電子發(fā)生相互作用，作用后產(chǎn)生散射光子和反沖電子的效應。結論：康普頓效應進一步證實了光的粒子性。是驗證光的波粒二象性的重要物理實驗之一。（2）光的衍射：光在傳播中遇到障礙物會“繞行”。結論：光具有波動性。分析討論在平常不容易觀察到明顯衍射現(xiàn)象的原因，以及采用怎樣的措施能夠較為方便的觀察到明顯衍射現(xiàn)象？在經(jīng)典的物理學中，波和粒子是兩種不同的研究對象，具有非常不同的表現(xiàn)。那么對于光和電子、質子等粒子，這兩種互不相容的屬性又能“集于一身”呢？（二）進行新課1、光的波粒二象性17世紀的微粒說和波動說是兩種對立的學說，都受到傳統(tǒng)觀念的影響，因為傳統(tǒng)觀念認為在宏觀現(xiàn)象中波動性和粒子性是對立的。微觀世界的某些屬性與宏觀世界不同，光子說沒有否定波動性和光的電磁說，光子的能量與頻率有關，頻率是波的特征。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？2、光波是概率波（1）光強光的強度指單位時間內到達單位面積的光的能量，也就是明條紋處到達的光子多，暗條紋處到達的光子數(shù)少。（2）概率波伽爾頓板實驗實驗一：用很弱的光做雙縫干涉，暴光時間短，可看到膠片上出現(xiàn)一些無規(guī)則分布的點子。實驗二：暴光時間足夠長，有大量光子通過狹縫，底片上出現(xiàn)了規(guī)則的干涉條紋。實驗一說明：光表現(xiàn)出粒子性，也看到光子的運動與宏觀現(xiàn)象中質點的運動不同，沒有一定的軌道。單個光子通過雙縫后的落點無法預測。實驗二說明：光的波動性是大量光子表現(xiàn)出來的現(xiàn)象，在干涉條紋中，那些光波強的地方是光子到達機會多的地方或是到達幾率大的地方，光波弱的地方是光子到達機會少的地方。光的波動性可看做是大量光子運動的規(guī)律。思考：是否可以認為光子之間的相互作用使它表現(xiàn)出波動性？實驗說明：如果狹縫只能讓一個光子通過，得到的照片和上面相同，把一個縫擋住，光屏上不再出現(xiàn)干涉條紋，說明光的波動性不是光子之間相互作用引起的，是光子本身的一種屬性。3、光的波動性與粒子性是不同條件下的表現(xiàn)：大量光子行為顯示波動性；個別光子行為顯示粒子性；光的波長越長，波動性越強；光的波長越短，粒子性越強。光的波動性不是光子之間相互作用引起的，是光子本身的一種屬性。例題：已知每秒從太陽射到地球上垂直于太陽光的每平方米截面上的輻射能為1.4×103J，其中可見光部分約占45%，假設認為可見光的波長均為0.55μm，太陽向各個方向的輻射是均勻的，日地之間距離為R=1.5×1011m，估算出太陽每秒輻射出的可見光的光子數(shù)。（保留兩位有效數(shù)字）17.5不確定關系三維教學目標1、知識與技能（1）了解不確定關系的概念和相關計算；（2）了解物理模型與物理現(xiàn)象。2、過程與方法：經(jīng)歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應用科學探究的方法研究物理問題，驗證物理規(guī)律。3、情感、態(tài)度與價值觀：能領略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。教學重點：不確定關系的概念。教學難點：對不確定關系的定量應用。教學方法：教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。教學用具：投影片，多媒體輔助教學設備。教學過程：第五節(jié)不確定關系（一）引入新課提問：對光的本性的認識？（光具有波動性和粒子性，是一種概率波）設疑：既然光是粒子，那么它的運動還遵守牛頓運動定律嗎？還能用質點的位置和動量來描述它的運動嗎？（二）進行新課1、德布羅意波的統(tǒng)計解釋1926年，德國物理學玻恩（Born，1882--1972）提出了概率波，認為個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)計規(guī)律。2、經(jīng)典波動與德布羅意波（物質波）的區(qū)別經(jīng)典的波動（如機械波、電磁波等）是可以測出的、實際存在于空間的一種波動。而德布羅意波（物質波）是一種概率波。簡單的說，是為了描述微觀粒子的波動性而引入的一種方法。3、不確定度關系（uncertaintyrelatoin）經(jīng)典力學：運動物體有完全確定的位置、動量、能量等。微觀粒子：位置、動量等具有不確定量（概率）。（1）電子衍射中的不確定度如圖所示，一束電子以速度v沿oy軸射向狹縫。電子在中央主極大區(qū)域出現(xiàn)的幾率最大。在經(jīng)典力學中，粒子（質點）的運動狀態(tài)用位置坐標和動量來描述，而且這兩個量都可以同時準確地予以測定。然而，對于具有二象性的微觀粒子來說，是否也能用確定的坐標和確定的動量來描述呢？下面我們以電子通過單縫衍射為例來進行討論。設有一束電子沿oy軸射向屏AB上縫寬為a的狹縫，于是，在照相底片CD上，可以觀察到如下圖所示的衍射圖樣。如果我們仍用坐標x和動量p來描述這一電子的運動狀態(tài)，那么，我們不禁要問：一個電子通過狹縫的瞬時，它是從縫上哪一點通過的呢?也就是說，電子通過狹縫的瞬時，其坐標x為多少?顯然，這一問題，我們無法準確地回答，因為此時該電子究竟在縫上哪一點通過是無法確定的，即我們不能準確地確定該電子通過狹縫時的坐標。研究表明：對于第一衍射極小，式中為電子的德布羅意波長。電子的位置和動量分別用x和p來表示。電子通過