人教版高中物理選修3-5-174概率波課件

導入新課

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,為什么對于光子、電子和質子等粒子又能集它們于一身呢？問題導入新課波和粒子是兩種不同的研究對象,具有非常不同的知識回顧

光是一種物質，它既具有粒子性，又具有波動性。一個能量為E、動量為p的實物粒子同時具有波動性，動量為P的粒子波長：頻率:知識回顧光是一種物質，它既具有粒子性，又具有波動性。

回顧光的波粒二象性的認識過程1、著名物理學家牛頓支持微粒說.微粒說可以解釋光的一些現象.微粒說對有些光學現象的解釋感到困難。

2、惠更斯提出了波動說。

3、19世紀，通過光的干涉、衍射實驗和光電效應的發(fā)現，最后統(tǒng)一到光既具有波動性，又具有粒子性，即光的波粒二象性?；仡櫣獾牟６笮缘恼J識過程1、著名物理學家牛頓支

在惠更斯與牛頓的爭論中由于他們認識的局限性，認為光子的粒子性和波動性絕對不能統(tǒng)一起來，是相互排斥的.在結論上這是一種錯誤的絕對的認識論，由光的波粒二象性的發(fā)展過程我們可以得出正確的結論就是“亦此亦彼”的觀點.結論在惠更斯與牛頓的爭論中由于他們認識的局限性，認為光子第四節(jié)概率波第十七章波粒二象性第四節(jié)概率波第十七章波粒二象性

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。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。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。了解光是一種概率波。教學目標1、知識與技能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

領悟什么是概率波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通過數形結合的學習，認識數學工具在物理科學中的作用2、過程與方法領悟什么是概率波2、過程與方法

了解在揭示物質波的過程中體現的“亦此亦彼”的認識論.了解這種先進的認識論可以有意識地拋棄落后的“非此即彼”的認識論，從而建立科學的認識觀。在物質波理論的學習中，進一步強化有關科學研究的一些基本方法——“實驗——理論假設——進一步實驗——修正理論或提出新的假設”。解人類的認識都是有一定時期局限性的，沒有在一切條件下都適用的真理，人類對真理的認識是在不斷發(fā)展中完善的。3、情感態(tài)度與價值觀了解在揭示物質波的過程中體現的“亦此亦彼”的認識論.了解教學重難點重點

實物粒子和光子一樣具有波粒二象性，利用公式λ=h/p進行簡單計算.難點物質波的概念、通過物質波的概念認識“軌跡”描述的局限，進一步了解牛頓力學的局限性.教學重難點重點本節(jié)導航一、經典的粒子和經典的波二、概率波本節(jié)導航一、經典的粒子和經典的波二、概率波一、經典的粒子和經典的波一、經典的粒子和經典的波

在經典物理學的觀念中，，人們形成了一種觀念，物質要么具有粒子性，要么具有波動性，非此即彼。任意時刻的確定位置和速度以及空中的確定軌道，是經典物理學粒子運動的基本特征。與經典的粒子不同，經典的波在空間中是彌散開來的，其特征是具有頻率和波長，也就是具有時空的周期性。在經典物理學的觀念中，，人們形成了一種觀念，物質要么

物理學中物質分為電子、質子等實物和電場、磁場等場類的兩大類。法國物理學家德布羅意認為運動的物質也有波動性，運動的物質對應的波就叫物質波。由于這一理論是德布羅意提出的，因此也叫德布羅意波。所有的物質都有德布羅意波，只是動量越大其波長越短，波動性越弱，粒子性越強。物理學中物質分為電子、質子等實物和電場、磁場等場類的兩

顯而易見，在經典物理學中，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，為什么光和微觀粒子既表現有波動性又表現有粒子性的雙重屬性呢？顯而易見，在經典物理學中，波和粒子是兩種不同的研究對二、概率波二、概率波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有一定的偶然性，但是大量粒子在空間何處出現的空間分布卻服從一定的統(tǒng)計規(guī)律。1、德布羅意波的統(tǒng)計解釋

為了了解光波和物質波是什么樣的波，還是從波的波粒二象性入手。

觀察下圖的光的雙縫干涉實驗。為了了解光波和物質波是什么樣的波，還是從波的波粒二象

實驗原理以及結論：從光源s發(fā)出的光通過雙縫s1和s2后在屏上顯示明暗條紋。按照光的波動理論，條紋的明暗表示到達屏上的光的速度不同。按照光子的模型，每個同頻光子都帶有一份能量，所以條紋明暗的分布應該是到達屏上的光子數目的分布。

因此，光的強弱對應于光子的數目，即明紋處到達的光子的數多，暗紋處到達光子數少。實驗原理以及結論：

這是否可以認為，是光子之間的相互作用使它表現出了波動行，而不是光子本身就具有波動性呢？這是否可以認為，是光子之間的相互作用使它表現出了波動

２、概率波對光的雙縫衍射現象的解釋：

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

曝光量很少時可以清楚地看出光的粒子性。曝光量很大時可以看出粒子的分布遵循波動規(guī)律。曝光量很少時可以清楚地看出光的粒子性。曝光量很大時可實驗結果表明，如果曝光時間不太長，底片上只出現一些無規(guī)則分布的點子，那些點子是光子打在底片上形成的，如果曝光時間足夠長，我們無法把它們區(qū)分開，因此看起來是連續(xù)的.單個光子通過雙縫后的落點無法預測,但是研究很多光子打在膠片上的位置,我們發(fā)現了規(guī)律性:光子落在某些條形區(qū)域內的可能性較大.這些條形區(qū)域正是某種波通過雙縫后發(fā)生干涉時振幅加強的區(qū)域。這個現象表明，光子在空間各點出現的可能性的大小（概率），實驗結果表明，如果曝光時間不太長，底片上只出現一些無規(guī)

正是由于這個原因，1926年德國的物理學家波恩指出：雖然不能肯定某個光子落在哪一點，但由屏上各處明暗不同可知，光子落在各點的概率是不一樣的，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。正是由于這個原因，1926年德國的物理學家波恩指出：

馬克斯·玻恩(MaxBorn1882～1970)德國理論物理學家，研究原子系統(tǒng)的規(guī)律，創(chuàng)立了矩陣力學，這個理論解決了舊量子論不能解決的有關原子理論的問題。是量子力學的奠基人之一。馬克斯·玻恩(MaxBorn1882～11926年德國物理學家波恩指出：光子落在明處的概率大，落在暗處的概率小。光子在空間出現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，光波是刻畫光子在空間的概率分布的一種概率波.1926年德國物理學家波恩指出：光子落在明處

物理學中把光波叫做概率波。概率表征某一事物出現的可能性。經過長期的探索，人們發(fā)現：光既是一種波,又是一種粒子,光既表現出波動性又表現出粒子性。而在我們的經驗中找不到既是波,又是粒子的東西。物理學中把光波叫做概率波。概率表征某一事物出現的可

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。３、光的波動性與粒子性是不同條件下的表現：

４、概率波對物質波的雙縫衍射現象的解釋：對于電子和其他微觀粒子，由于同樣具有波粒二象性，所以與它們相聯系的物質波也是概率波。也就是說，單個粒子位置是不確定的。對于大量粒子，這種概率分布導致確定的宏觀結果。４、概率波對物質波的雙縫衍射現象的解釋：

按光子的模型，用統(tǒng)計觀點看待單個粒子與粒子總體的聯系，并將波的觀點與粒子觀點結合起來了，但這里的波是特殊意義的波，因而被稱為“概率波”．這種對物質波衍射與實物粒子的波粒二象性的理解，稱作統(tǒng)計解釋或概率解釋．按光子的模型，用統(tǒng)計觀點看待單個粒子與粒子總體的聯系一個一個電子依次入射雙縫的衍射實驗：7個電子100個電子30002000070000一個一個電子依次入射雙縫的衍射實驗：7個電子100個電子30動畫：邁克爾遜干涉實驗動畫：邁克爾遜干涉實驗課堂小結

在經典物理學當中光是一種物質，經典的粒子既具有粒子性，又具有波動性。經典的波在空間中是彌散開來的，其特征是具有頻率和波長，也就是具有時空的周期性。課堂小結在經典物理學當中光是一種物質，經典的粒子既具

光的雙縫干涉實驗表明：光的強弱對應于光子的數目，即明紋處到達的光子的數多，暗紋處到達光子數少。光是一種粒子，它和物質的作用是“一份一份”地進行的.光的雙縫干涉實驗表明：光的強弱對應于光子的數目，即

光的雙縫干涉實驗還表明：雖然不能肯定某個光子落在哪一點，但由屏上各處明暗不同可知，光子落在各點的概率是不一樣的，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。光的雙縫干涉實驗還表明：雖然不能肯定某個光子落在哪物質分為實物：電子、質子等

場：電場、磁場等物質波：λ=h/p）

（p是運動物體的動量，h是普朗克常量這種波又叫德布羅意波）牛頓力學的局限（電子衍射實驗彩圖、實驗原理示意圖）氫原子中的電子云

（球星電子云模型，紡錘形電子云模型、電子云的有關教學錄像）概率波物質分為實物：電子、質子等

場：電場、磁場等物質波：λ=h課堂練習1.下列說法正確的是（）

A.光波是—種概率波

B.光波是一種電磁波

C.單色光從光密介質進入光疏介質時．光子的能量改變

D.單色光從光密介質進入光疏介質時，光的波長不變AB課堂練習1.下列說法正確的是（2、對于某單色光，玻璃的折射率比水的大，則此單色光在玻璃中傳播時()A．其速度比在水中的大，其波長比在水中的長

B．其速度比在水中的大，其波長比在水中的短

C．其速度比在水中的小，其波長比在水中的短

D．其速度比在水中的小，其波長比在水中的長C2、對于某單色光，玻璃的折射率比水的大，則此單色3、下列說法中正確的是()A．光的干涉和衍射現象說明光具有波動性B．光的頻率越大，波長越大C．光的波長越大，光子的能量越大D．光在真空中的傳播速度為3.00108m/sBD3、下列說法中正確的是()BD4、為了強調物理學對當今社會的重要作用并紀念愛因斯坦，2004年聯合國第58次大會把2005年定為國際物理年．愛因斯坦在100年前發(fā)表了5篇重要論文，內容涉及狹義相對論、量子論和統(tǒng)計物理學，對現代物理學的發(fā)展作出了巨大貢獻．某人學了有關的知識后，有如下理解，其中正確的是（）

A.所謂布朗運動就是液體分子的無規(guī)則運動

B.光既具有波動性，又具有粒子性

C.在光電效應的實驗中，入射光強度增大，光電子的最大初動能隨之增大

D.質能方程表明：物體具有的能量與它的質量有簡單的正比關系BD4、為了強調物理學對當今社會的重要作用并紀念愛因斯5、在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋，若在雙縫中的一縫前放一紅色濾光片（只能透過紅光），另一縫前放一綠色濾光片（只能透過綠光），這時（）

A.只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其它顏色的雙縫干涉條紋消失

B.紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其它顏色的雙縫干涉條紋依然存在

C.任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但屏上仍有光亮

D.屏上無任何光亮C5、在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕教材習題解答1、答：不對。光的波動性不是光子之間的相互作用引起的，而是光子自身固有的性質。

2、答：不能預測某光子打在光屏上的落點的準確位置，但是能預知它落在某一點的概率。大量光子在光屏上的落點服從統(tǒng)計規(guī)律。在雙干涉圖樣中亮紋處就是光子落點概率大的位置，暗紋處就是光子落點概率小的位置。教材習題解答1、答：不對。光的波動性不是光子之間的相3、答：一個無線電波光子的能量是6.63×10-28J一個綠色光子能量是3.98×18-19J一個γ光子的能量是6.63×10-16J粒子的能量ε=hc/λ,動量p=ε/c,波長λ=hc/ε，由此可知，低頻電磁波的能量小，動量小，波長長，高頻電磁波的能量大，動量大，波長短，由概率波的波粒二象性可知，低頻電磁波的波動性顯著而高頻電磁波的粒子性顯著。3、答：一個無線電波光子的能量是6.63×人教版高中物理選修3-5-174概率波課件導入新課

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,為什么對于光子、電子和質子等粒子又能集它們于一身呢？問題導入新課波和粒子是兩種不同的研究對象,具有非常不同的知識回顧

光是一種物質，它既具有粒子性，又具有波動性。一個能量為E、動量為p的實物粒子同時具有波動性，動量為P的粒子波長：頻率:知識回顧光是一種物質，它既具有粒子性，又具有波動性。

回顧光的波粒二象性的認識過程1、著名物理學家牛頓支持微粒說.微粒說可以解釋光的一些現象.微粒說對有些光學現象的解釋感到困難。

2、惠更斯提出了波動說。

3、19世紀，通過光的干涉、衍射實驗和光電效應的發(fā)現，最后統(tǒng)一到光既具有波動性，又具有粒子性，即光的波粒二象性?；仡櫣獾牟６笮缘恼J識過程1、著名物理學家牛頓支

在惠更斯與牛頓的爭論中由于他們認識的局限性，認為光子的粒子性和波動性絕對不能統(tǒng)一起來，是相互排斥的.在結論上這是一種錯誤的絕對的認識論，由光的波粒二象性的發(fā)展過程我們可以得出正確的結論就是“亦此亦彼”的觀點.結論在惠更斯與牛頓的爭論中由于他們認識的局限性，認為光子第四節(jié)概率波第十七章波粒二象性第四節(jié)概率波第十七章波粒二象性

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。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。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。了解光是一種概率波。教學目標1、知識與技能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

領悟什么是概率波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通過數形結合的學習，認識數學工具在物理科學中的作用2、過程與方法領悟什么是概率波2、過程與方法

了解在揭示物質波的過程中體現的“亦此亦彼”的認識論.了解這種先進的認識論可以有意識地拋棄落后的“非此即彼”的認識論，從而建立科學的認識觀。在物質波理論的學習中，進一步強化有關科學研究的一些基本方法——“實驗——理論假設——進一步實驗——修正理論或提出新的假設”。解人類的認識都是有一定時期局限性的，沒有在一切條件下都適用的真理，人類對真理的認識是在不斷發(fā)展中完善的。3、情感態(tài)度與價值觀了解在揭示物質波的過程中體現的“亦此亦彼”的認識論.了解教學重難點重點

實物粒子和光子一樣具有波粒二象性，利用公式λ=h/p進行簡單計算.難點物質波的概念、通過物質波的概念認識“軌跡”描述的局限，進一步了解牛頓力學的局限性.教學重難點重點本節(jié)導航一、經典的粒子和經典的波二、概率波本節(jié)導航一、經典的粒子和經典的波二、概率波一、經典的粒子和經典的波一、經典的粒子和經典的波

在經典物理學的觀念中，，人們形成了一種觀念，物質要么具有粒子性，要么具有波動性，非此即彼。任意時刻的確定位置和速度以及空中的確定軌道，是經典物理學粒子運動的基本特征。與經典的粒子不同，經典的波在空間中是彌散開來的，其特征是具有頻率和波長，也就是具有時空的周期性。在經典物理學的觀念中，，人們形成了一種觀念，物質要么

物理學中物質分為電子、質子等實物和電場、磁場等場類的兩大類。法國物理學家德布羅意認為運動的物質也有波動性，運動的物質對應的波就叫物質波。由于這一理論是德布羅意提出的，因此也叫德布羅意波。所有的物質都有德布羅意波，只是動量越大其波長越短，波動性越弱，粒子性越強。物理學中物質分為電子、質子等實物和電場、磁場等場類的兩

顯而易見，在經典物理學中，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，為什么光和微觀粒子既表現有波動性又表現有粒子性的雙重屬性呢？顯而易見，在經典物理學中，波和粒子是兩種不同的研究對二、概率波二、概率波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有一定的偶然性，但是大量粒子在空間何處出現的空間分布卻服從一定的統(tǒng)計規(guī)律。1、德布羅意波的統(tǒng)計解釋

為了了解光波和物質波是什么樣的波，還是從波的波粒二象性入手。

觀察下圖的光的雙縫干涉實驗。為了了解光波和物質波是什么樣的波，還是從波的波粒二象

實驗原理以及結論：從光源s發(fā)出的光通過雙縫s1和s2后在屏上顯示明暗條紋。按照光的波動理論，條紋的明暗表示到達屏上的光的速度不同。按照光子的模型，每個同頻光子都帶有一份能量，所以條紋明暗的分布應該是到達屏上的光子數目的分布。

因此，光的強弱對應于光子的數目，即明紋處到達的光子的數多，暗紋處到達光子數少。實驗原理以及結論：

這是否可以認為，是光子之間的相互作用使它表現出了波動行，而不是光子本身就具有波動性呢？這是否可以認為，是光子之間的相互作用使它表現出了波動

２、概率波對光的雙縫衍射現象的解釋：

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

曝光量很少時可以清楚地看出光的粒子性。曝光量很大時可以看出粒子的分布遵循波動規(guī)律。曝光量很少時可以清楚地看出光的粒子性。曝光量很大時可實驗結果表明，如果曝光時間不太長，底片上只出現一些無規(guī)則分布的點子，那些點子是光子打在底片上形成的，如果曝光時間足夠長，我們無法把它們區(qū)分開，因此看起來是連續(xù)的.單個光子通過雙縫后的落點無法預測,但是研究很多光子打在膠片上的位置,我們發(fā)現了規(guī)律性:光子落在某些條形區(qū)域內的可能性較大.這些條形區(qū)域正是某種波通過雙縫后發(fā)生干涉時振幅加強的區(qū)域。這個現象表明，光子在空間各點出現的可能性的大?。ǜ怕剩瑢嶒灲Y果表明，如果曝光時間不太長，底片上只出現一些無規(guī)

正是由于這個原因，1926年德國的物理學家波恩指出：雖然不能肯定某個光子落在哪一點，但由屏上各處明暗不同可知，光子落在各點的概率是不一樣的，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。正是由于這個原因，1926年德國的物理學家波恩指出：

馬克斯·玻恩(MaxBorn1882～1970)德國理論物理學家，研究原子系統(tǒng)的規(guī)律，創(chuàng)立了矩陣力學，這個理論解決了舊量子論不能解決的有關原子理論的問題。是量子力學的奠基人之一。馬克斯·玻恩(MaxBorn1882～11926年德國物理學家波恩指出：光子落在明處的概率大，落在暗處的概率小。光子在空間出現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，光波是刻畫光子在空間的概率分布的一種概率波.1926年德國物理學家波恩指出：光子落在明處

物理學中把光波叫做概率波。概率表征某一事物出現的可能性。經過長期的探索，人們發(fā)現：光既是一種波,又是一種粒子,光既表現出波動性又表現出粒子性。而在我們的經驗中找不到既是波,又是粒子的東西。物理學中把光波叫做概率波。概率表征某一事物出現的可

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。３、光的波動性與粒子性是不同條件下的表現：

４、概率波對物質波的雙縫衍射現象的解釋：對于電子和其他微觀粒子，由于同樣具有波粒二象性，所以與它們相聯系的物質波也是概率波。也就是說，單個粒子位置是不確定的。對于大量粒子，這種概率分布導致確定的宏觀結果。４、概率波對物質波的雙縫衍射現象的解釋：

按光子的模型，用統(tǒng)計觀點看待單個粒子與粒子總體的聯系，并將波的觀點與粒子觀點結合起來了，但這里的波是特殊意義的波，因而被稱為“概率波”．這種對物質波衍射與實物粒子的波粒二象性的理解，稱作統(tǒng)計解釋或概率解釋．按光子的模型，用統(tǒng)計觀點看待單個粒子與粒子總體的聯系一個一個電子依次入射雙縫的衍射實驗：7個電子100個電子30002000070000一個一個電子依次入射雙縫的衍射實驗：7個電子100個電子30動畫：邁克爾遜干涉實驗動畫：邁克爾遜干涉實驗課堂小結

在經典物理學當中光是一種物質，經典的粒子既具有粒子性，又具有波動性。經典的波在空間中是彌散開來的，其特征是具有頻率和波長，也就是具有時空的周期性。課堂小結在經典物理學當中光是一種物質，經典的粒子既具

光的雙縫干涉實驗表明：光的強弱對應于光子的數目，即明紋處到達的光子的數多，暗紋處到達光子數少。光是一種粒子，它和物質的作用是“一份一份”地進行的.光的雙縫干涉實驗表明：光的強弱對應于光子的數目，即

光的雙縫干涉實驗還表明：雖然不能肯定某個光子落在哪一點，但由屏上各處明暗不同可知，光子落在各點的概率是不一樣的，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。光的雙縫干涉實驗還表明：雖然不能肯定某個光子落在哪物質分為實物：電子、質子等

場：電場、磁場等物質波：λ=h/p）

（p是運動物體的動量，h是普朗克常量這種波又叫德布羅意波）牛頓力學的局限（電子衍射實驗彩圖、實驗原理示意圖）氫原子中的電子云

（球星電子云模型，紡錘形電子云模型、電子云的有關教學錄像）概率波物質分為實物：電子、質子等

場：電場、磁場等物質波：λ=h課堂練習1.下列說法正確的是（）

A.光波是—種概率波

B.光波是一種電磁波

C.單色光從光密介質進入光疏介質時．光子的能量改變

D.單色光從光密介質進入光疏介質時，光的波長不變AB課堂練習1.下列說法正確的是（2、對于某單色光，玻璃的折射率比水的大，則此單色光在玻璃中傳播時()A．其速度比在水中的大，其波長比在水中的長

B．其速度比在水中的大，其波長比在水中的短

C．其速度比在水中的小，其波長比在水中的短

D．其速度比在水中的小，其波長比在水中的長C