物理 第十七章 波粒二象性 4 概率波 5 不确定性关系2 新人教版选修3-5 .ppt
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1、4概率波5不确定性关系一、一、经经典的粒子和典的粒子和经经典的波典的波1.1.经经典粒子典粒子:(1)(1)含含义义:粒子有一定的粒子有一定的_,_,具有一定的具有一定的_,_,有的有的还带还带有有_。(2)(2)运运动动的基本特征的基本特征:遵从遵从_,_,任意任意时时刻有确定的位置刻有确定的位置和和_,_,在在时时空中有确定的空中有确定的_。空空间间大小大小质质量量电电荷荷牛牛顿顿运运动动定律定律速度速度轨轨道道2.2.经经典的波典的波:(1)(1)含含义义:在空在空间间是是_的。的。(2)(2)特征特征:具有具有_和和_,_,即具有即具有时时空的空的_。弥散开来弥散开来频频率率波波长长周
2、期性周期性【判一判判一判】(1)(1)经经典的粒子的运典的粒子的运动动适用牛适用牛顿顿第二定律。第二定律。()(2)(2)经经典的波在空典的波在空间传间传播具有周期性。播具有周期性。()(3)(3)经经典的粒子和典的粒子和经经典的波研究典的波研究对对象相同。象相同。()提示提示:(1)(1)。牛顿运动定律适用于经典物理。牛顿运动定律适用于经典物理。(2)(2)。由于振动周期性、波动双向性等导致经典的波在空间传播具。由于振动周期性、波动双向性等导致经典的波在空间传播具有周期性。有周期性。(3)(3)。经典粒子研究对象是粒子模型。经典粒子研究对象是粒子模型,经典波的研究对象是波动模型经典波的研究对
3、象是波动模型,二者研究对象不同。二者研究对象不同。二、概率波二、概率波1.1.光波是一种概率波光波是一种概率波:光的波光的波动动性不是光子之性不是光子之间间的的_引起的引起的,而是光子自身而是光子自身_的性的性质质,光子在空光子在空间间出出现现的概率可以通的概率可以通过过波波动动的的规规律确定律确定,所以所以,光波是一种概率波。光波是一种概率波。2.2.物物质质波也是概率波波也是概率波:对对于于电电子和其他微子和其他微观观粒子粒子,单单个粒子的位置是个粒子的位置是_的的,但在某点附近出但在某点附近出现现的概率的大小可以由的概率的大小可以由_的的规规律确律确定。定。对对于大量粒子于大量粒子,这这
4、种概率分布种概率分布导导致确定的宏致确定的宏观结观结果果,所以物所以物质质波波也是概率波。也是概率波。相互作用相互作用固有固有不确定不确定波波动动【判一判判一判】(1)(1)光子通光子通过过狭狭缝缝后落在屏上的位置是可以确定的。后落在屏上的位置是可以确定的。()(2)(2)光子通光子通过过狭狭缝缝后落在屏上明后落在屏上明纹处纹处的概率大些。的概率大些。()(3)(3)电电子通子通过过狭狭缝缝后运后运动动的的轨轨迹是确定的。迹是确定的。()提示提示:(1)(1)。光子通过狭缝后落在屏上的位置是不能确定的。光子通过狭缝后落在屏上的位置是不能确定的。(2)(2)。光子到达地方概率大的。光子到达地方概
5、率大的,出现亮纹出现亮纹,概率小的出现暗纹。概率小的出现暗纹。(3)(3)。电子通过狭缝后运动的轨迹是不确定的。电子通过狭缝后运动的轨迹是不确定的。三、不确定性关系三、不确定性关系1.1.定定义义:在在经经典物理学中典物理学中,一个一个质质点的位置和点的位置和动动量是可以同量是可以同时测时测定的定的;在微在微观观物理学中物理学中,要同要同时测时测出微出微观观粒子的位置和粒子的位置和动动量是不太可能的量是不太可能的,这这种关系叫种关系叫_关系。关系。2.2.表达式表达式:_ :_ 。其中用。其中用xx表示粒子位置的不确定量表示粒子位置的不确定量,用用pp表示在表示在x x方向上方向上动动量的不确
6、定量量的不确定量,h,h是普朗克常量。是普朗克常量。不确定性不确定性xpxp【想一想想一想】对对微微观观粒子的运粒子的运动动分析能不能用分析能不能用“轨轨迹迹”来描述来描述?提示提示:微观粒子的运动遵循不确定关系微观粒子的运动遵循不确定关系,也就是说也就是说,要准确确定粒子的位要准确确定粒子的位置置,动量动量(或速度或速度)的不确定量就更大的不确定量就更大;反之反之,要准确确定粒子的动量要准确确定粒子的动量(或速或速度度),),位置的不确定量就更大位置的不确定量就更大,也就是说不可能同时准确地知道粒子的位也就是说不可能同时准确地知道粒子的位置和动量。因而不可能用置和动量。因而不可能用“轨迹轨迹
7、”来描述粒子的运动。来描述粒子的运动。一、一、对对概率波的概率波的进进一步理解一步理解思考探究思考探究:19491949年年,前前苏联苏联物理学家物理学家费费格格尔尔曼做了一个非常精确的弱曼做了一个非常精确的弱电电子流衍射子流衍射实验实验,如如图图所示是所示是实验实验得到的衍射得到的衍射图样图样,衍射衍射图样图样的的结结果果说说明了什么明了什么?提示提示:电子几乎是一个一个地通过双缝电子几乎是一个一个地通过双缝,底片上出现一个一个的点底片上出现一个一个的点,显显示出电子具有粒子性。开始时底片上的点子无规律分布示出电子具有粒子性。开始时底片上的点子无规律分布,随着电子数随着电子数的增多的增多,逐
8、渐形成典型的双缝衍射图样。该实验说明衍射图样不是电逐渐形成典型的双缝衍射图样。该实验说明衍射图样不是电子相互作用的结果子相互作用的结果,而是来源于单个电子具有的波动性。衍射图样是而是来源于单个电子具有的波动性。衍射图样是大量电子出现概率的统计结果大量电子出现概率的统计结果,衍射图样说明每个电子到达底片上各衍射图样说明每个电子到达底片上各点有一定的概率点有一定的概率,所以德布罗意波是概率波。所以德布罗意波是概率波。【归纳总结归纳总结】1.1.单单个粒子运个粒子运动动的偶然性的偶然性:我我们们可以知道粒子落在某点的概率可以知道粒子落在某点的概率,但不能但不能预预言粒子落在什么位置言粒子落在什么位置
9、,即粒子到达什么位置是随机的即粒子到达什么位置是随机的,是是预预先不能确先不能确定的。定的。2.2.大量粒子运大量粒子运动动的必然性的必然性:由波由波动规动规律我律我们们可以准确地知道大量粒子可以准确地知道大量粒子运运动时动时的的统计规统计规律律,因此我因此我们们可以可以对对宏宏观现观现象象进进行行预预言。言。3.3.概率波体概率波体现现了波粒二象性的和了波粒二象性的和谐统谐统一一:概率波的主体是光子、概率波的主体是光子、实实物物粒子粒子,体体现现了粒子性的一面了粒子性的一面;同同时时粒子在某一位置出粒子在某一位置出现现的概率受波的概率受波动规动规律支配律支配,体体现现了波了波动动性的一面性的
10、一面,所以所以说说概率波将波概率波将波动动性和粒子性性和粒子性统统一在一在一起。一起。【特特别别提醒提醒】(1)(1)在双在双缝缝干涉和干涉和单缝单缝衍射的暗条衍射的暗条纹处纹处也有光子到达也有光子到达,只是光子数量只是光子数量“特特别别少少”,很很难难呈呈现现出亮度。出亮度。(2)(2)要理解要理解统计规统计规律律,对统计规对统计规律的律的认识认识是理解概率波的前提。是理解概率波的前提。【典例示范典例示范】(多多选选)在在单缝单缝衍射衍射实验实验中中,中央亮中央亮纹纹的光的光强强占从占从单缝单缝射入射入的整个光的整个光强强的的95%95%以上。假以上。假设现设现在只在只让让一个光子通一个光子
11、通过单缝过单缝,那么那么该该光子光子()A.A.一定落在中央亮一定落在中央亮纹处纹处 B.B.一定落在亮一定落在亮纹处纹处C.C.可能落在暗可能落在暗纹处纹处 D.D.落在中央亮落在中央亮纹处纹处的可能性最大的可能性最大【解解题题探究探究】(1)(1)概率波遵守什么概率波遵守什么规规律律?提示提示:概率波遵守统计规律。概率波遵守统计规律。(2)(2)某一光子落到哪个点上是确定的某一光子落到哪个点上是确定的吗吗?提示提示:单个光子是不能确定落在哪个点上的单个光子是不能确定落在哪个点上的,我们只能得出大量光子的我们只能得出大量光子的落点区域。落点区域。【正确解答正确解答】选选C C、D D。根据光
12、的概率波的概念。根据光的概率波的概念,对于一个光子通过单对于一个光子通过单缝落在何处缝落在何处,是不可确定的是不可确定的,但概率最大的是落在中央亮纹处但概率最大的是落在中央亮纹处,可达可达95%95%以上。当然也可落在其他亮纹处以上。当然也可落在其他亮纹处,还可能落在暗纹处还可能落在暗纹处,不过不过,落在暗纹落在暗纹处的概率很小处的概率很小,故故C C、D D选项正确。选项正确。【过过关关训练训练】1.(1.(多多选选)下列各种波属于概率波的是下列各种波属于概率波的是()A.A.声波声波 B.B.无无线电线电波波 C.C.光波光波 D.D.物物质质波波【解析解析】选选C C、D D。光波的波动
13、性具有概率波的规律。光波的波动性具有概率波的规律,任一运动的物体任一运动的物体均有一种物质波与之对应均有一种物质波与之对应,且这种物质波也具有概率波的规律。概率且这种物质波也具有概率波的规律。概率波与机械波和电磁波的本质不同。波与机械波和电磁波的本质不同。2.(20152.(2015广州高二广州高二检测检测)一个一个电电子被加速后子被加速后,以极高的速度在空以极高的速度在空间间运运动动,关于它的运关于它的运动动,下列下列说说法中正确的是法中正确的是()A.A.电电子在空子在空间间做匀速直做匀速直线线运运动动B.B.电电子上下左右子上下左右颤动颤动着前着前进进C.C.电电子运子运动轨动轨迹是正弦
14、曲迹是正弦曲线线D.D.无法无法预预言它的路径言它的路径【解析解析】选选D D。根据概率波的知识可知。根据概率波的知识可知,某个电子在空间中运动的路径某个电子在空间中运动的路径我们无法确定我们无法确定,只能根据统计规律确定大量电子的运动区域。故选项只能根据统计规律确定大量电子的运动区域。故选项D D正确。正确。【补偿训练补偿训练】1.(1.(多多选选)在做双在做双缝缝干涉干涉实验实验中中,在在观观察屏的某察屏的某处处是亮是亮纹纹,则对则对光子到达光子到达观观察屏的位置察屏的位置,下列下列说说法正确的是法正确的是()A.A.到达亮到达亮纹处纹处的概率比到达暗的概率比到达暗纹处纹处的概率大的概率大
15、B.B.到达暗到达暗纹处纹处的概率比到达亮的概率比到达亮纹处纹处的概率大的概率大C.C.对对于某一光子于某一光子,它可能到达光屏的任何位置它可能到达光屏的任何位置D.D.以上以上说说法均有可能法均有可能【解析解析】选选A A、C C。根据概率波的含义。根据概率波的含义,一个光子到达亮纹处的概率要一个光子到达亮纹处的概率要比到达暗纹处的概率大得多比到达暗纹处的概率大得多,但并不是一定能够到达亮纹处但并不是一定能够到达亮纹处,并且光子并且光子可能到达光屏上的任何位置可能到达光屏上的任何位置,故故A A、C C正确。正确。2.(2.(多多选选)关于光的波粒二象性关于光的波粒二象性,以下以下说说法正确
16、的是法正确的是()A.A.光有光有时时是波是波,有有时时是一种粒子是一种粒子B.B.光子和光子和质质子、子、电电子等是一子等是一样样的粒子的粒子C.C.大量光子易大量光子易显显出波出波动动性性,少量光子易少量光子易显显出粒子性出粒子性D.D.紫外紫外线线、X X射射线线和和射射线线中中,射射线线的粒子性最的粒子性最强强,紫外紫外线线的波的波动动性最性最显显著著【解析解析】选选C C、D D。波动性和粒子性是光同时具备的两种性质。波动性和粒子性是光同时具备的两种性质,只是有只是有时光易显示出波动性时光易显示出波动性,有时光易显示出粒子性有时光易显示出粒子性,A,A选项错误选项错误;光是一种概光是
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