《4概率波》教学设计(江苏省市级优课)-物理教案

人教版选修3-5第17章第四节§17.4概

率

波

教学目标：1．了解经典粒子和经典波的模型；2．了解概率波；3．通过光的干涉实验，体会微观粒子波粒二象性的建立过程；4．体会科学理论的建立过程，体会科学发展的无限性，培养学生的想象力、热爱科学。重点和难点重点：通过对概率波的学习渗透概率的思想，培养科学素质。难点：对概率波的理解。教学设计说明：

《概率波》是安排在第三节《粒子的波动性》后，核心是光子、电子干涉条纹对玻恩的概率波理论的验证。本节分成两部分，第一部分为经典的粒子和经典的波特征概述，指出经典粒子在任意时刻的位置、速度是确定的；经典的波的频率、波长是确定的。在经典物理学中，物质的粒子性和波动性是互不相容的，第二部分为概率波理论及其特征，提出光子、电子的波动是与经典波完全不同的概率波。

对于本节的学习，学生是感到非常困难的。第一、学生没有感性的认识作为基础。有的只是对宏观的粒子运动作了研究，在学生的理论体系中只有匀速直线、匀变速直线、平抛、圆周运动等运动模型，而对概率波一点没有；第二、现在的教材体系对波动的知识要求较少。因此，对本节的学生相应的知识储备较少，有些地区没有选学3-4这本书，这部分学生对干涉、衍射等波的特性根本是一无所知；第三、从本节的教学目标上看，也基本上是属于了解的层次，在高考中也基本不考，因此教师在教学中不会重视，学生也不会重视，最多就是简单的记住结论也就不错了。但是，从教材本身及学生发展的角度来看，这又是非常重要的一部分内容。它拓展了学生的视野，让学生了解概率波，了解粒子的波动性，从而让学生的知识更加全面。尽管高考也许不考，但它为学生进入高等学校进一步发展打下了基础。因此，作为教学工作者，作为教师，我们应该非常重视它。

针对本节的知识内容及学生的学习情况，在教学设计中，我采用了以下的教学方法和学习方法：（1）阅读法。由学生自习总计教材，找出其中的知识内容及知识点。（2）对比法。经典粒子与光子、电子的对比，光波与水波的对比。（3）类比分析法。用生活中学生熟悉的事物来类比分析，让学生更好的理解。（4）问题互动法。用问题式方法来处理教材往往能避免“教师讲的神采飞扬，学生却不知所言”现象的发生，增强目标的指向性。

教学过程：一、新课的引入接上一节《粒子的波动性》，以提问方式引入新课。问1：德布罗意提出了什么假设？问2：这个假设得到怎样的实验验证？问3：你们相信你自己有波动性吗？你看得见吗？［激发学生对问题的思考］进一步的引入：光具有波粒二象性，实物粒子也有波粒二象性，只是不同条件下表现出粒子性和波动性程度有差异。不过我们在说波动性和粒子性时头脑中所呈现的只是经典的粒子和经典的波。我们在高一时就接触到了经典物理，那么什么是经典的粒子和经典的波？非经典的粒子和波又是怎样的呢？这节课我们就一起来学习一下这部分内容。从而引入新课。二、教学过程1．经典粒子和经典波［自主学习］：由学生阅读并自主学习教材P40的第一部分。［小组讨论］：经典粒子的基本特征？经典的波的基本特征？［展示评价］：随机抽小组学习的同学上台展示。并对表现好的同学加以鼓励。［引导分析］：教师举例：斜抛运动的频闪照片，可以看出只要知道初速度和加速度就可以确定小球任意时刻的位置和速度，并可以描绘出它的轨道。小到电荷在电场或磁场中的运动，大到天体在宇宙中的运动都是这样的。用上面的例子来展示经典粒子的位置、速度及时空轨道的确定性，从而让学生更好的理解经典粒子的确定性。用水波来让学生形象的理解波在空间的弥散开来，其特征是具有波长和频率，具有时空的周期性。让抽象的物理概念形象化。可以看出经典的粒子和经典的波是完全不同的两件事，但是在现代物理当中却是统一的，科学家是如何把它们统一起来的呢？在经典物理学中，虽然粒子和波是两种不同的研究对象，具有非常不同的表现。但进一步的分析中不难看出，经典的粒子和经典的波是相互联系，不可分割的。如：光的干涉、衍射、偏振等现象很早就被人们所认识，而光电效应和康普顿效应的发现证实了光也具有粒子性，因此光波就具有波粒二象性；实物也有德布罗意波长、频率，粒子有波动性，只是粒子性更明显；分析水波、绳子抖出的波等机械波等问题时，可以认为波上的各个质点在上下振动的同时能量向外传播，即认为波中有粒子，波是粒子的振动向外传播的结果。下面让我们一起来观察一个实验［演示实验］光的双缝干涉现象问4：按照光的波动理论如何解释条纹的明暗？学生：屏上条纹的明暗表示到达屏上的光相叠加强度不同，明纹处光波加强，暗纹处光波减弱。比如声波或水波的干涉，当波峰与波峰相遇时加强，波峰与波谷相遇时减弱。问5：如果用光子学说如何解释条纹的明暗呢？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。问6：这些光子为什么不在屏上均匀分布？同样频率的光子有的地方去得多有的却去得少呢？学生：（猜想各种可能）问7：有什么办法可以解决此问题？（学生阅读书本P41第三段话后回答）为了弄清这个问题，我们可以使光源非常弱，以致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了明暗相间的干涉条纹。可见，光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，而是光自身固有的性质。通过上述实验可知：1926年德国物理学家波恩指出：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这个事实可以推知，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。则光子在空间出现的概率可以通过衍射、干涉的明暗条纹这样的波动规律确定。所以，从光子的概念上看，光波是一种概率波。2．概率波［实验展示］：电子的干涉图片问8：这三个图片告诉我们什么？（由学生讨论后回答）（1）单个电子或少数电子的轨迹是不确定的；（2）较亮的地方是电子到的数目较多的地方；（3）大量的电子表示出明显的波动性：在亮纹地方出现电子的数目较多，单个电子或少数电子出现在这些地方的概率要大些，暗的地方出现的电子数目较少，即电子出现的概率较小。但单个电子的具体去向是不确定的。（4）电子和光子一样也具有波粒二象性，并且是一种概率波。物质波也具有波粒二象性，同样物质波也是概率波。现象：（1）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规律确定。（2）大量粒子，概率的分布导致确定的宏观结果。电子数越多，规则的条纹越来越明显。［类比学习］：生活中的概率波。以农民工出的地域来说明。让学生体会概率波的内含。展示中国版图、农民工图。［思考］：（1）这些人要到哪儿去？

（2）这些人可能要到哪儿去？

（3）这些人最后去了哪儿？(用概率波的特征去理解中国最伟大的农民工的去向)三、效果预测

在本堂课中，采用小组讨论、展示评价等方法，培