高中物理 第17章 第4、5節(jié) 概率波 不確定性關(guān)系課件 新人教版選修3-5.ppt

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成才之路 物理,路漫漫其修遠(yuǎn)兮 吾將上下而求索,人教版 選修3-5,波粒二象性,第十七章,第四節(jié) 概率波 第五節(jié) 不確定性關(guān)系,第十七章,如圖所示是70000多個電子通過雙縫后的干涉圖樣，人們能準(zhǔn)確預(yù)知單個電子的運(yùn)動情況嗎？電子出現(xiàn)的位置是否有規(guī)律可循呢？,1.經(jīng)典的粒子 在經(jīng)典物理學(xué)的概念中， 粒子有一定的_____大小，有一定的_____，有的還有電荷。其運(yùn)動的基本特征是：任意時刻有確定_____和_____以及在空間的確定_____。 2．經(jīng)典的波 經(jīng)典的波在空間中是彌散開來的，其特征是具有_____和_____，也就是具有_____的周期性。,經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波,空間,質(zhì)量,位置,速度,軌道,頻率,波長,時空,1.光波是概率波 光子落在各點(diǎn)的概率是不一樣的，即光子落在明紋處的概率_____，落在暗紋處的概率_____。這就是說，光子在空間出現(xiàn)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________。 2．物質(zhì)波也是概率波 對于電子和其他微觀粒子，單個粒子的位置是________的，但在某點(diǎn)附近出現(xiàn)的概率的大小可以由_____的規(guī)律確定。對于大量粒子，這種概率分布導(dǎo)致確定的宏觀結(jié)果，所以物質(zhì)波也是________。,概率波,大,小,概率波,不確定,波動,概率波,1.概念 在經(jīng)典力學(xué)中，一個質(zhì)點(diǎn)的位置和動量是可以同時__________的，在量子理論建立之后，要同時測出微觀粒子的_____和_____，是不太可能的。我們把這種關(guān)系叫做不確定性關(guān)系。,不確定性關(guān)系,精確測定,位置,動量,一、對概率波的理解 1．單個粒子運(yùn)動的偶然性 我們可以知道粒子落在某點(diǎn)的概率，但不能預(yù)言粒子落在什么位置，即粒子到達(dá)什么位置是隨機(jī)的，是預(yù)先不確定的。 2．大量粒子運(yùn)動的必然性 由波動規(guī)律，我們可以準(zhǔn)確地知道，大量粒子運(yùn)動時的統(tǒng)計規(guī)律，因此我們可以對宏觀現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)言。 3．概率波體現(xiàn)了波粒二象性的和諧統(tǒng)一 概率波的主體是光子、實物粒子，體現(xiàn)了粒子性的一面；同時粒子在某一位置出現(xiàn)的概率受波動規(guī)律支配，體現(xiàn)了波動性的一面，所以說，概率波將波動性和粒子性統(tǒng)一在一起。,特別提醒： 在雙縫干涉和單縫衍射的暗紋處也有光子到達(dá)，只是光子數(shù)“特別少”。,用極微弱的可見光做雙縫干涉實驗，隨著時間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖(a)、(b)、(c)所示的圖象，則( ) A．圖象(a)表明光具有粒子性 B．圖象(c)表明光具有波動性 C．用紫外光觀察不到類似的圖象 D．實驗表明光是一種概率波,答案：ABD 解析：圖象(a)曝光時間短，通過的光子數(shù)很少，呈現(xiàn)粒子性，A正確。圖象(c)曝光時間長，通過了大量光子，呈現(xiàn)波動性，B正確。該實驗表明光是一種概率波，D正確。紫外線本質(zhì)和可見光本質(zhì)相同，也可以發(fā)生上述現(xiàn)象，C錯誤。,二、對不確定性關(guān)系的理解 1．粒子位置的不確定性 單縫衍射現(xiàn)象中，入射的粒子有確定的動量，但它們可以處于擋板左側(cè)的任何位置，也就是說，粒子在擋板左側(cè)的位置是完全不確定的。 2．粒子動量的不確定性 (1)微觀粒子具有波動性，會發(fā)生衍射。大部分粒子到達(dá)狹縫之前沿水平方向運(yùn)動，而在經(jīng)過狹縫之后，有些粒子跑到投影位置以外。這些粒子具有與其原來運(yùn)動方向垂直的動量。 (2)由于哪個粒子到達(dá)屏上的哪個位置是完全隨機(jī)的，所以粒子在垂直方向上的動量也具有不確定性，不確定量的大小可以由中央亮條紋的寬度來衡量。,5．經(jīng)典物理和微觀物理的區(qū)別 (1)在經(jīng)典物理學(xué)中，可以同時用位置和動量精確地描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動，如果知道質(zhì)點(diǎn)的加速度，還可以預(yù)言質(zhì)點(diǎn)在以后任意時刻的位置和動量，從而描繪它的運(yùn)動軌跡。 (2)在微觀物理學(xué)中，不可能同時準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動量。因而也就不可能用“軌跡”來描述粒子的運(yùn)動。但是，我們可以準(zhǔn)確地知道大量粒子運(yùn)動時的統(tǒng)計規(guī)律。,在單縫衍射實驗中，中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個光強(qiáng)的95%以上；假設(shè)現(xiàn)在只讓一個光子通過單縫，那么該光子( ) A．一定落在中央亮紋處 B．一定落在亮紋處 C．可能落在暗紋處 D．落在中央亮紋處的可能性最大,對光波是概率波的理解,解析：根據(jù)光的概率波的概念，對于一個光子通過單縫落在何處，是不可確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處，可達(dá)95%以上。當(dāng)然也可落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，不過，落在暗紋處的概率很小，故C、D選項正確。 答案：CD 點(diǎn)評：(1)概率大小只表明事件發(fā)生的可能性，實際情況如何，則不確定。 (2)大量光子的行為易表現(xiàn)出光的波動性，少量光子的行為易表現(xiàn)出粒子性。,如圖所示是一個粒子源，產(chǎn)生某種粒子，在其正前方安裝只有兩條狹縫的擋板，粒子穿過狹縫打在前方的熒光屏上使熒光屏發(fā)光。那么在熒光屏上將看到( ) A．只有兩條亮紋 B．有多條明暗相間的條紋 C．沒有條紋 D．只有一條亮紋,,答案：B 解析：由于粒子源產(chǎn)生的粒子是微觀粒子，它的運(yùn)動受波動性支配，對大量粒子運(yùn)動到達(dá)屏上某點(diǎn)的概率，可以用波的特征進(jìn)行描述，即產(chǎn)生雙縫干涉，在屏上將看到干涉條紋，所以選項B正確。,對不確定性關(guān)系的理解與應(yīng)用,答案：AD 解析：不確定性關(guān)系表明無論采用什么方法試圖確定坐標(biāo)和相應(yīng)動量中的一個，必然引起另一個較大的不確定性，這樣的結(jié)果與測量儀器及測量方法是否完備無關(guān)。無論怎樣改善測量儀器和測量方法，都不可能逾越不確定性關(guān)系所給出的限度，故A、D正確。,