2023學年完整公開課版17.4《概-率-波》教案

物理：《概率波》教案三維教學目標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）通過數形結合的學習，認識數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．根據事實建立學說，發(fā)展學說，或是決定學說的取舍，發(fā)現新的事實，再建立新的學說。人類就是這樣通過光的行為，經過分析和研究，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象？在經典的物理學中，波和粒子是兩種不同的研究對象，具有非常不同的表現。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，底片上出現了規(guī)則的干涉條紋。實驗一說明：光表現出粒子性，也看到光子的運動與宏觀現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出來的現象，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：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。課后練習1、在經典物理學的概念中，粒子的運動在任意時刻有確定的_______________、_______________和_______________，波在空間中傳播有固定的_______________和_______________，表示波具有空間上的周期性。2、在弱光的干涉實驗中，控制光的強度，使前一個光子到達屏幕后才發(fā)出第二個光子，從而排除光子之間相互作用的可能性。在這種情況下，如果時間較短，則在光屏上出現的是__________________________，若經過比較長的時間，則在屏上可以看到__________________。這說明光子到達亮條紋處的_____________較大，到達暗條紋處的_____________較小，所以我們可以說光是一種_____________波。3、用電子做雙縫干涉實驗時，少量電子在屏上看不到分布規(guī)律，體現了電子的_____________性，但大量電子通過雙縫時，在屏上就得到了清晰的干涉條紋，體現了電子的_____________性。4、電子、質子等實物粒子和光子一樣，具有波動性，這種波動性就是粒子本身在空間某處出現的_____________大小問題；但光子又不同于其他實物粒子，光子在真空中的__________________是其他粒子永遠達不到的。5、在雙縫干涉實驗中，發(fā)現100個光子中有96個通過雙縫后打到了觀察屏上的某處，則該處可能()A．出現亮條紋B．出現暗條紋C．可能出現亮條紋，可能出現暗條紋D．出現明暗相間的條紋6、下列各種波是概率波的是()A．聲波B．無線電波C．光波D．物質波7、在做雙縫干涉實驗時，在觀察屏的某處是亮紋，則對光子到達觀察屏的位置，下列說法正確的是()A．到達亮條紋處的概率比到達暗條紋處的概率大B．到達暗條紋處的概率比到達亮條紋處的概率大C．該光子可能到達觀察屏的任意位置D．以上說法均不可能8、有關經典物理中的粒子，下列說法正確的是()A．有一定的大小，但沒有一定的質量B．有一定的質量，但沒有一定的大小C．既一定的大小，也有一定的質量D．有的粒子還有一定量的電荷9、關于經典波的特征，下列說法正確的是()A．具有一定的頻率，但沒有固定的波長B．具有一定的波長，但沒有固定的頻率C．既有一定的頻率，也有固定的波長D．還具有周期性10、在單縫衍射實驗中，中央亮條紋的光強占入射光光強的95%以上，假設現在只讓一個光子通過單縫，則該光子()A．一定落在中央亮條紋上B．一定落在亮條紋處C．可能落在暗條紋處D．落在中央亮條紋處的可能性最大11、試根據相關實驗解釋為什么光是一種概率波？12、利用學過的知識解釋實驗室中電子云的形成原因和特點。1、軌道，位置，速度，頻率，波長2、無規(guī)則分布的曝光點，明顯的干涉條紋，概率，概率，概率3、粒子，波動4、概率，傳播速度5、ACD6、A7、CD8、AC9、CD10、CD11、在弱光的干涉實驗中，控制光的強度，使前一個光子到達屏幕后才發(fā)出第二個光子，從而排除光子之間相互作用的可能性。在這種情況下，如果時間較短，則在光屏上出現的是無規(guī)則分布的曝光點，若經過比較長的時間，則在屏上可以看到明顯的干涉條紋。