4.3 光的波粒二象性 教学设计

《光的波粒二象性》教学设计
教学目标：
通过光的双缝干涉实验理解光的波粒二象性；
培养学生辩证地认识事物和实验证据意识；
通过人类对光的本性的认识过程，了解到科学理论是在不断发现新的现象、探索新的规律中发展和完善的。
教学重点：
理解光的波粒二象性
光是一种概率波
教学难点：
理解光的波粒二象性
教学方法：
阅读，讨论与交流、讲授。
课时安排：1课时
问题引入：
光电效应现象和康普顿效应证明了光具有粒子性，而光的干涉现象和衍射现象说明了光具有波动性。那光的面目究竟是什么样的？
新课教学：
光的本性之争
阅读教材内容，简要概述人类从古代到近代、东方和西方科学家对光的本性的认识过程。
战国时期的《墨经》记载了投影、小孔成像等现象；
古希腊学者欧几里得的《反射光学》论述了光在传输过程中的原理和光的反射定律；
17世纪，牛顿的“光的微粒说”和惠更斯“光的波动说”之争；
（4）1807年，英国科学家托马斯·杨做了著名的光的双缝干涉实验；
（5）1862年，英国科学家麦克斯韦预言光是一种电磁波；
（6）1888年，德国物理学家赫兹通过实验发现了电磁波。
【讨论与交流】光电效应和康普顿效应让光的微粒说以一种新的形式呈现于世人面前。但爱因斯坦所说的“光子”与牛顿所坚持的“微粒”是一样的吗？
光的波粒二象性
实验一：点光源S发出的光经双缝S1和S2后到达感光片D。
实验现象：产生干涉，在感光片上形成明暗相间的干涉条纹。
实验结论：说明光具有波动性。
实验二：将光源S的强度降低，直到入射光减弱到每次只有一个光子经过夹缝。
实验现象：
记录一段时间：感光片上呈现杂乱分布的几个亮点；
实验结论：光具有粒子性
记录时间加长：亮点在感光片上形成模糊的条纹，光子主要落在感光片的亮纹处，这就是干涉条纹；
记录时间越长：干涉条纹越明显。
实验结论：光具有波动性。
总结：光既有粒子性，又有波动性，人们把这种性质称为光的波粒二象性。
【思考问题】光子的能量表示为，动量表示为，描述光的粒子性和波动性的物理量分别是哪些？这些物理量是怎样联系在一起的？
双缝干涉实验分析：
对于单个光子而言，它的运动时不确定的，通过夹缝后所处的位置也是不确定的，但从大量光子的行为来看，它们在某个位置出现的概率大，另一些位置出现的概率小，概率大的位置和概率小的位置恰好与某种波干涉的亮条、暗条的位置相合，所以光是一种概率波。
【思考问题】光波和机械波有什么不同？
练习1：在学完“光的波粒二象性”内容后，小李同学说：“大量光子的行为表现为波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性。当光表现为波动性时，就不具有粒子性了；而光表现出粒子性时，就不在具有波动性了。”他的观点正确吗？为什么？
练习2：小玲同学认为，光波和声波都具有波动性，只不过光波的频率高，波长较短。对此，你认同她的观点吗？为什么？
练习3：在光的单缝衍射实验中，在光屏上放上照相底片，并设法控制光的强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，假设光子出现在中央亮纹的概率为90%，下列说法正确的是( )
A．第一个光子一定出现在中央亮纹上
B．第一个光子可能不出现在中央亮纹上
C．如果前9个光子均出现在中央亮纹上，则第10个光子还有可能出现在中央亮纹上
D．如果前9个光子均出现在中央亮纹上，则第10个光子一定不能出现在中央亮纹上
课堂小结：
1、光是概率波，波动性是光子的固有属性；
2、在光子数目少、照射时间短、波长小、频率大时，光的粒子性显著；在光子数目多、照射时间长、波长大、频率小时，光的波动性显著。
课后作业：
完成练习册