高中物理 第十七章 第4、5節(jié) 概率波 不確定性關(guān)系課件 新人教版選修35

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1、第第十十七七章章第第4、5節(jié)節(jié)新知預(yù)新知預(yù)習(xí)習(xí)巧設(shè)計巧設(shè)計名師課名師課堂堂一點通一點通創(chuàng)新演創(chuàng)新演練練大沖關(guān)大沖關(guān) 隨堂檢測隨堂檢測歸納小結(jié)歸納小結(jié) 課下作業(yè)課下作業(yè)綜合提升綜合提升 要點一要點一要點二要點二1.了解經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波的基本了解經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波的基本 特征。特征。2.知道光波和物質(zhì)波都是概率波。知道光波和物質(zhì)波都是概率波。3.了解了解“不確定性關(guān)系不確定性關(guān)系”的具體含義，的具體含義， 并會用來分析簡單問題。并會用來分析簡單問題。 1經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波 (1)經(jīng)典的粒子：經(jīng)典的粒子： 含義：粒子有一定的含義：粒子有一定的 ，有一定的，有一定的 ，有的

2、，有的還具有還具有 。 運動的基本特征：遵從運動的基本特征：遵從 ，只要已知它，只要已知它們的受力情況及初位置、初速度，從理論上講就可以準(zhǔn)確、們的受力情況及初位置、初速度，從理論上講就可以準(zhǔn)確、唯一地確定以后任一時刻的唯一地確定以后任一時刻的 和和 ，以及空間中的確，以及空間中的確定的定的 ?？臻g大小空間大小質(zhì)量質(zhì)量電荷電荷牛頓運動定律牛頓運動定律位置位置速度速度軌道軌道 (2)經(jīng)典的波：經(jīng)典的波： 含義：經(jīng)典波在空間中是含義：經(jīng)典波在空間中是 的。的。 基本特征是：具有基本特征是：具有 和和 ，即具有時空的，即具有時空的 。 關(guān)鍵一點關(guān)鍵一點在經(jīng)典物理學(xué)中，波和粒子是兩種完全在經(jīng)典物理學(xué)中，

3、波和粒子是兩種完全不同的研究對象，具有非常不同的表現(xiàn)，是不相容的兩個不同的研究對象，具有非常不同的表現(xiàn)，是不相容的兩個物理對象。物理對象。彌散開來彌散開來頻率頻率波長波長周期性周期性 2概率波概率波 (1)光波是一種概率波。光波是一種概率波。 光的波動性不是光子之間光的波動性不是光子之間 的結(jié)果而是光子自身的結(jié)果而是光子自身 的性質(zhì)，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過的性質(zhì)，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過 確定，確定，所以，光波是一種概率波。所以，光波是一種概率波。 (2)物質(zhì)波也是概率波。物質(zhì)波也是概率波。 對于電子和其他微觀粒子，單個粒子的位置是對于電子和其他微觀粒子，單個粒子的位置是 ，但在某點

4、出現(xiàn)的概率的大小可以由但在某點出現(xiàn)的概率的大小可以由 確定。而且，對于確定。而且，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)波也是是 。 關(guān)鍵一點關(guān)鍵一點物質(zhì)波是一種概率波，但不能將實物粒子的物質(zhì)波是一種概率波，但不能將實物粒子的波動性等同于宏觀的機械波，更不能理解為粒子做曲線運動。波動性等同于宏觀的機械波，更不能理解為粒子做曲線運動。相互作用相互作用固有固有波動規(guī)律波動規(guī)律不確定的不確定的波動規(guī)律波動規(guī)律概率波概率波不確定性不確定性xp 1有關(guān)經(jīng)典物理中的粒子，下列說法正確的是有關(guān)經(jīng)典物理中的粒子，下列說法正確的是()A有一定

5、的大小，但沒有一定的質(zhì)量有一定的大小，但沒有一定的質(zhì)量B有一定的質(zhì)量，但沒有一定的大小有一定的質(zhì)量，但沒有一定的大小C既有一定的大小，又有一定的質(zhì)量既有一定的大小，又有一定的質(zhì)量D有的粒子還有一定量的電荷有的粒子還有一定量的電荷解析：解析：根據(jù)經(jīng)典力學(xué)關(guān)于粒子的理論可知根據(jù)經(jīng)典力學(xué)關(guān)于粒子的理論可知C、D正確。正確。答案：答案：CD2關(guān)于經(jīng)典波的特征，下列說法中正確的是關(guān)于經(jīng)典波的特征，下列說法中正確的是 ()A具有一定的頻率，但沒有固定的波長具有一定的頻率，但沒有固定的波長B具有一定的波長，但沒有固定的頻率具有一定的波長，但沒有固定的頻率C既有一定的頻率，也有固定的波長既有一定的頻率，也有固

6、定的波長D具有周期性具有周期性解析：解析：經(jīng)典物理學(xué)中認(rèn)為波的基本特征是具有頻率經(jīng)典物理學(xué)中認(rèn)為波的基本特征是具有頻率和波長，即具有時空的周期性，故和波長，即具有時空的周期性，故C、D正確。正確。答案：答案：CD3以下說法中正確的是以下說法中正確的是 ()A光波和物質(zhì)波都是概率波光波和物質(zhì)波都是概率波B實物粒子不具有波動性實物粒子不具有波動性C光的波動性是光子之間相互作用引起的光的波動性是光子之間相互作用引起的D光通過狹縫后在屏上形成明暗相間的條紋，光子在光通過狹縫后在屏上形成明暗相間的條紋，光子在 空間出現(xiàn)的概率可以通過波動規(guī)律確定空間出現(xiàn)的概率可以通過波動規(guī)律確定解析：解析：光波和物質(zhì)波都

7、是概率波，可通過波動規(guī)律來光波和物質(zhì)波都是概率波，可通過波動規(guī)律來確定，故確定，故A、D正確，正確，B錯誤；光的波動性是光的屬性，錯誤；光的波動性是光的屬性，不是光子間相互作用引起的，不是光子間相互作用引起的，C錯誤。錯誤。答案：答案：AD答案：答案：C 1探究光的波動性原因探究光的波動性原因 在雙縫干涉實驗中，使光源在雙縫干涉實驗中，使光源S非常弱，以致前一個光非常弱，以致前一個光子到達(dá)屏后才發(fā)射第二個光子。這樣就排除了光子之間的子到達(dá)屏后才發(fā)射第二個光子。這樣就排除了光子之間的相互作用的可能性。實驗結(jié)果表明，盡管單個光子的落點相互作用的可能性。實驗結(jié)果表明，盡管單個光子的落點不可預(yù)知，但長

8、時間曝光之后仍然得到了干涉條紋分布。不可預(yù)知，但長時間曝光之后仍然得到了干涉條紋分布?？梢?，光的波動性不是光子之間的相互作用引起的。可見，光的波動性不是光子之間的相互作用引起的。 2光波是一種概率波光波是一種概率波 (1)單個光子運動的偶然性單個光子運動的偶然性 用弱光照射雙縫，當(dāng)照射時間很短時，膠片上出現(xiàn)的是用弱光照射雙縫，當(dāng)照射時間很短時，膠片上出現(xiàn)的是散亂的感光點，這一個個感光點表明光在與膠片作用散亂的感光點，這一個個感光點表明光在與膠片作用(使其感使其感光光)時，是一份一份進(jìn)行的；同時，感光點的散亂還表明單個時，是一份一份進(jìn)行的；同時，感光點的散亂還表明單個光子通過雙縫后到達(dá)膠片的什么

9、位置是隨機的，是預(yù)先不能光子通過雙縫后到達(dá)膠片的什么位置是隨機的，是預(yù)先不能確定的。確定的。 (2)大量光子運動的必然性大量光子運動的必然性 當(dāng)弱光照射雙縫較長一段時間后，有大量光子先后通過雙當(dāng)弱光照射雙縫較長一段時間后，有大量光子先后通過雙縫落于膠片上，出現(xiàn)大量的感光點，這些感光點形成分隔的一縫落于膠片上，出現(xiàn)大量的感光點，這些感光點形成分隔的一條條感光帶，這正是光的雙縫干涉條紋。在明條紋條條感光帶，這正是光的雙縫干涉條紋。在明條紋(感光強感光強)處處光子到達(dá)的多，單個光子到明條紋處的概率大，而在暗條紋光子到達(dá)的多，單個光子到明條紋處的概率大，而在暗條紋(感光弱感光弱)處，光子到達(dá)的概率小，

10、因此，盡管單個光子通過雙處，光子到達(dá)的概率小，因此，盡管單個光子通過雙縫后落于膠片上何處是隨機的，但它到達(dá)膠片上某位置處的概縫后落于膠片上何處是隨機的，但它到達(dá)膠片上某位置處的概率大小卻符合波動規(guī)律，從這個意義上講，光是一種概率波。率大小卻符合波動規(guī)律，從這個意義上講，光是一種概率波。 3其他微觀粒子的概率波其他微觀粒子的概率波 對于電子、實物粒子等其他微觀粒子，同樣具有波粒對于電子、實物粒子等其他微觀粒子，同樣具有波粒二象性，所以與它們相聯(lián)系的物質(zhì)波也是概率波。二象性，所以與它們相聯(lián)系的物質(zhì)波也是概率波。 也就是說，單個粒子位置是不確定的，具有偶然性；大也就是說，單個粒子位置是不確定的，具有

11、偶然性；大量粒子運動具有必然性，遵循統(tǒng)計規(guī)律，概率波將波動性和量粒子運動具有必然性，遵循統(tǒng)計規(guī)律，概率波將波動性和粒子性統(tǒng)一在一起。粒子性統(tǒng)一在一起。 名師點睛名師點睛在雙縫干涉和單縫衍射的暗條紋處并不是在雙縫干涉和單縫衍射的暗條紋處并不是沒有光子到達(dá)，只是沒有光子到達(dá)，只是“特別少特別少”，很難呈現(xiàn)出亮度。，很難呈現(xiàn)出亮度。 1為了驗證光的波粒二象性，在雙縫干涉實驗中將光為了驗證光的波粒二象性，在雙縫干涉實驗中將光屏換成感光膠片，并設(shè)法減弱光的強度，下列說法正確的是屏換成感光膠片，并設(shè)法減弱光的強度，下列說法正確的是 () A曝光時間很短的照片可清楚地看出光的粒子性，曝曝光時間很短的照片可清

12、楚地看出光的粒子性，曝光時間很長的照片，大量亮點聚集起來看起來是連續(xù)的，說光時間很長的照片，大量亮點聚集起來看起來是連續(xù)的，說明大量光子不具有粒子性明大量光子不具有粒子性 B單個光子通過雙縫后的落點無法預(yù)測，大量光子打單個光子通過雙縫后的落點無法預(yù)測，大量光子打在膠片上的位置表現(xiàn)出波動規(guī)律在膠片上的位置表現(xiàn)出波動規(guī)律 C單個光子通過雙縫后做勻速直線運動單個光子通過雙縫后做勻速直線運動 D干涉條紋的亮條紋處光子到達(dá)的概率大，暗條紋處干涉條紋的亮條紋處光子到達(dá)的概率大，暗條紋處光子不能到達(dá)光子不能到達(dá) 思路點撥思路點撥光是概率波，單個光子的運動具有偶然光是概率波，單個光子的運動具有偶然性，大量光子

13、的運動具有必然性。性，大量光子的運動具有必然性。 解析解析根據(jù)光的波粒二象性，大量光子的行為表現(xiàn)根據(jù)光的波粒二象性，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性，但波動性并不否定光的粒子性，只不過粒子性出波動性，但波動性并不否定光的粒子性，只不過粒子性沒有明確顯現(xiàn)而已。單個光子顯示了光的粒子性，落點無沒有明確顯現(xiàn)而已。單個光子顯示了光的粒子性，落點無法預(yù)測，大量光子表現(xiàn)出波動性。光子通過雙縫后遵從概法預(yù)測，大量光子表現(xiàn)出波動性。光子通過雙縫后遵從概率波的規(guī)律，并不做勻速運動。暗條紋處只是光子到達(dá)的率波的規(guī)律，并不做勻速運動。暗條紋處只是光子到達(dá)的概率很小，故概率很小，故A、C、D錯誤，錯誤，B對。對。 答案答案

14、B (1)個別光子的落點是不確定的，只能說明它落點的個別光子的落點是不確定的，只能說明它落點的概率大小，只有大量光子的行為才服從統(tǒng)計規(guī)律。亮條概率大小，只有大量光子的行為才服從統(tǒng)計規(guī)律。亮條紋、暗條紋是大量光子服從統(tǒng)計規(guī)律的結(jié)果。紋、暗條紋是大量光子服從統(tǒng)計規(guī)律的結(jié)果。 (2)在電子衍射、光的干涉、衍射圖樣中、亮條紋在電子衍射、光的干涉、衍射圖樣中、亮條紋(環(huán)環(huán))位置是電子或光子到達(dá)的概率大的地方，暗條紋位置是電子或光子到達(dá)的概率大的地方，暗條紋(環(huán)環(huán))位置位置是電子或光子到達(dá)的概率小的地方，但概率的大小受波是電子或光子到達(dá)的概率小的地方，但概率的大小受波動規(guī)律支配。動規(guī)律支配。 1粒子位置的

15、不確定性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。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粒子動量的不確定性 微觀粒子具有波動性，會發(fā)生衍射。大部分粒子到達(dá)狹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動，而在經(jīng)過狹縫之后，有些粒子跑到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。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。由于哪個粒子到達(dá)屏上的哪個位置是完全隨機的，所以粒子由于哪個粒子到達(dá)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。由中央亮條紋的寬度來衡量。