高中物理 第17章 第4、5節(jié) 概率波 不確定性關系課件 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，人們能準確預知單個電子的運動情況嗎？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)典物理學的概念中， 粒子有一定的_____大小，有一定的_____，有的還有電荷。其運動的基本特征是：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)典力學中，一個質(zhì)點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。我們把這種關系叫做不確定性關系。,不確定性關系,精確測定,位置,動量,一、對概率波的理解 1．單個粒子運動的偶然性 我們可以知道粒子落在某點的概率，但不能預言粒子落在什么位置，即粒子到達什么位置是隨機的，是預先不確定的。 2．大量粒子運動的必然性 由波動規(guī)律，我們可以準確地知道，大量粒子運動時的統(tǒng)計規(guī)律，因此我們可以對宏觀現(xiàn)象進行預言。 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，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。大部分粒子到達狹縫之前沿水平方向運動，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動方向垂直的動量。 (2)由于哪個粒子到達屏上的哪個位置是完全隨機的，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)典物理學中，可以同時用位置和動量精確地描述質(zhì)點的運動，如果知道質(zhì)點的加速度，還可以預言質(zhì)點在以后任意時刻的位置和動量，從而描繪它的運動軌跡。 (2)在微觀物理學中，不可能同時準確地知道粒子的位置和動量。因而也就不可能用“軌跡”來描述粒子的運動。但是，我們可以準確地知道大量粒子運動時的統(tǒng)計規(guī)律。,在單縫衍射實驗中，中央亮紋的光強占從單縫射入的整個光強的95%以上；假設現(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95%以上。當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，它的運動受波動性支配，對大量粒子運動到達屏上某點的概率，可以用波的特征進行描述，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。,對不確定性關系的理解與應用,答案：AD 解析：不確定性關系表明無論采用什么方法試圖確定坐標和相應動量中的一個，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。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系所給出的限度，故A、D正確。,