高中物理 第17章 第4、5节 概率波 不确定性关系课件 新人教版选修35.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 5 波粒二象性 第十七章 第四节概率波第五节不确定性关系 第十七章 如图所示是70000多个电子通过双缝后的干涉图样 人们能准确预知单个电子的运动情况吗 电子出现的位置是否有规律可循呢 1 经典的粒子在经典物理学的概念中 粒子有一定的 大小 有一定的 有的还有电荷 其运动的基本特征是 任意时刻有确定 和 以及在空间的确定 2 经典的波经典的波在空间中是弥散开来的 其特征是具有 和 也就是具有 的周期性 经典的粒子和经典的波 空间 质量 位置 速度 轨道 频率 波长 时空 1 光波是概率波光子落在各点的概率是不一样的 即光子落在明纹处的概率 落在暗纹处的概率 这就是说 光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定 所以 从光子的概念上看 光波是一种 2 物质波也是概率波对于电子和其他微观粒子 单个粒子的位置是 的 但在某点附近出现的概率的大小可以由 的规律确定 对于大量粒子 这种概率分布导致确定的宏观结果 所以物质波也是 概率波 大 小 概率波 不确定 波动 概率波 1 概念在经典力学中 一个质点的位置和动量是可以同时 的 在量子理论建立之后 要同时测出微观粒子的 和 是不太可能的 我们把这种关系叫做不确定性关系 不确定性关系 精确测定 位置 动量 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 是预先不确定的 2 大量粒子运动的必然性由波动规律 我们可以准确地知道 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 特别提醒 在双缝干涉和单缝衍射的暗纹处也有光子到达 只是光子数 特别少 用极微弱的可见光做双缝干涉实验 随着时间的增加 在屏上先后出现如图 a b c 所示的图象 则 a 图象 a 表明光具有粒子性b 图象 c 表明光具有波动性c 用紫外光观察不到类似的图象d 实验表明光是一种概率波 答案 abd解析 图象 a 曝光时间短 通过的光子数很少 呈现粒子性 a正确 图象 c 曝光时间长 通过了大量光子 呈现波动性 b正确 该实验表明光是一种概率波 d正确 紫外线本质和可见光本质相同 也可以发生上述现象 c错误 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 也就是说 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 1 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 有些粒子跑到投影位置以外 这些粒子具有与其原来运动方向垂直的动量 2 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 5 经典物理和微观物理的区别 1 在经典物理学中 可以同时用位置和动量精确地描述质点的运动 如果知道质点的加速度 还可以预言质点在以后任意时刻的位置和动量 从而描绘它的运动轨迹 2 在微观物理学中 不可能同时准确地知道粒子的位置和动量 因而也就不可能用 轨迹 来描述粒子的运动 但是 我们可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律 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 对光波是概率波的理解 解析 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 以上 当然也可落在其他亮纹处 还可能落在暗纹处 不过 落在暗纹处的概率很小 故c d选项正确 答案 cd点评 1 概率大小只表明事件发生的可能性 实际情况如何 则不确定 2 大量光子的行为易表现出光的波动性 少量光子的行为易表现出粒子性 如图所示是一个粒子源 产生某种粒子 在其正前方安装只有两条狭缝的挡板 粒子穿过狭缝打在前方的荧光屏上使荧光屏发光 那么在荧光屏上将看到 a 只有两条亮纹b 有多条明暗相间的条纹c 没有条纹d 只有一条亮纹 答案 b解析 由于粒子源产生的粒子是微观粒子 它的运动受波动性支配 对大量粒子运动到达屏上某点的概率 可以用波的特征进行描述 即产生双缝干涉 在屏上将看到干涉条纹 所以选项b正确 对不确定性关系的理解与应用 答案 ad解析 不确定性关系表