人教版物理选修3-5课件第17章第五节.ppt

第五节 不确定性关系,课前自主学案,核心要点突破,课堂互动讲练,课标定位,知能优化训练,第五节,课标定位,学习目标：1.了解经典的粒子和经典的波的基本特征 2知道什么是概率波，知道光波和物质波都是概率波 3知道“不确定性关系”的物理表述及物理意义 重点难点：1.对经典的波和概率波的理解 2对“不确定性关系”的认识,课前自主学案,一、经典的粒子和经典的波 1经典的粒子：粒子有一定的空间大小，有一定的质量，有的还具有电荷，它们的运动遵从牛顿第二定律，其基本特征为：在任意时刻有确定的_和_，在时空中有确定的_ 2经典的波：具有确定的_和_，具有时空的周期性,位置,速度,轨道,频率,波长,概率,2实验探究,图1741,图1741中甲是用很弱的光源做双缝干涉实验的装置乙图的曝光时间最短，显示出光的 _，丙、丁图中光子到达的区域正好是波通过双缝后发生干涉时的_区域，表明光具有_ 如果使光源更微弱，使同一时刻只有一个光子飞向感光屏，不同曝光时间摄得的照片仍和乙、丙、丁相同，表明波动性是光子本身的属性,粒子性,明条纹,波动性,三、不确定性关系 1实验现象分析 (1)单缝衍射实验因光子到达屏上的范围超出单缝投影范围，说明光子已不是经典粒子，其运动不再遵守_ (2)屏上各点的亮度实质上反映了粒子到达该点的概率，说明粒子的运动具有_,牛顿运动定律,波动性,更不准确,同时,轨迹,核心要点突破,一、对概率波的理解 1单个粒子运动的偶然性 我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不能确定的,2大量粒子运动的必然性 由波动规律，我们能准确地知道大量粒子运动时的统计规律，因此我们可以对宏观现象进行预言 3概率波体现了波粒二象性的和谐统一 概率波的主体是光子、实物粒子，体现了粒子性的一面；同时粒子在某一位置出现的概率受波动规律支配，体现了波动性的一面，所以说，概率波将波动性和粒子性统一在一起了,特别提醒：(1)德布罗意波是一种概率波，是指在一般情况下，无法准确描述粒子的位置，无法用轨迹描述粒子的运动，粒子在空间某点出现的概率受波动规律支配 (2)德布罗意波不同于宏观的机械波，更不能理解为粒子做曲线运动,二、对不确定性关系的理解 1粒子位置的不确定性 单缝衍射现象中，入射的粒子有确定的动量，但它们可以处于挡板左侧的任何位置，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的,2粒子动量的不确定性 微观粒子具有波动性，会发生衍射大部分粒子到达狭缝之前沿水平方向运动，而在经过狭缝之后，有些粒子跑到缝的投影位置以外这些粒子具有了与其原来运动方向垂直的动量由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是完全随机的，所以粒子在垂直方向上的动量也具有不确定性，不确定量的大小可以由中央亮条纹的宽度来衡量,3位置和动量的不确定关系 在粒子的衍射现象中，设有粒子通过狭缝后落在屏上，狭缝宽度为a(用坐标表示为x)，那么某个粒子通过狭缝时位于缝中的哪一点是不确定的，不确定的范围为x；若是宏观粒子，它通过狭缝后会直接落到缝的投影位置上，我们知道微观粒子具有波动性，经过狭缝后会发生衍射，有些粒子会偏离原来的运动方向跑到了投影位置以外的地方，这就意味着粒子有了与原来运动方向垂直的动量(位于与原运动方向垂直的平面上)又由于粒子落在何处是随机的，所以粒子在垂直于运动方向上的动量具有不确定性，不确定量为p.,课堂互动讲练,物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光流的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹，对这个实验结果有下列认识，其中正确的是( ),A曝光时间不长时，光子的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子 B单个光子的运动没有确定的轨道 C干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 D只有大量光子的行为才能表现出波动性 【思路点拨】 光是概率波，单个光子的运动具有偶然性，大量光子的运动具有必然性,【精讲精析】 光波是概率波，单个光子没有确定的轨道，其到达某点的概率受波动规律支配，少数光子落点不确定体现粒子性，大量光子的行为符合统计规律，受波动规律支配，才表现出波动性，出现干涉中的亮纹或暗纹，故A错误，B、D正确；干涉条纹中的亮纹处是光子到达机会多的地方，暗纹处是光子到达机会少的地方，但也有光子到达，故C正确,【答案】 BCD 【方法总结】 单个光子到达的位置是不确定的，大量光子遵从波动规律亮条纹处光子到达的概率大，暗条纹处光子到达的概率小,变式训练1 在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( ) A一定落在中央亮纹处 B一定落在亮纹处 C可能落在暗纹处 D落在中央亮纹处的可能性最大,解析：选CD.根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达95%