高中物理 第十七章 波粒二象性 第4节 概率波 第5节 不确定性关系学案 新人教版选修3-5.doc

4概率波5不确定性关系课堂合作探究问题导学一、概率波活动与探究1电子束通过铝箔时的衍射图样1927年，两位美国物理学家用电子束照射到铝箔的金属晶体上得到了电子束的衍射图案（如图），从而证实了德布罗意的假设。在电子衍射图样中，出现明暗相间的圆环，说明什么？迁移与应用1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，对这个实验结果下列认识正确的是（）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1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。即单个粒子运动具有偶然性。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。2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。二、不确定性关系活动与探究2在选修31磁场部分的学习中，我们曾经学过电视机显像管的原理，我们知道电子枪产生的电子通过加速电场加速后进入偏转磁场。但从本节所学的不确定性关系来看，电子在显像管中的这种运动是否存在不确定性？还能用经典力学的规律研究吗？试通过计算加以说明。设电子运动速率v105 m/s，速率的不确定范围v10 m/s。显像管电视机显像管剖面图迁移与应用2一灰尘质量为m1012 kg，速度为v10 m/s，用毫米刻度尺测得其某一时刻位置为x52.33 cm。毫米刻度尺的最大误差x0.05 cm，则其速度的最小误差为多少呢？1不确定性关系仅是波粒二象性及其统计关系的必然结果，并非测量仪器对粒子的干扰，更不是仪器有误差的缘故。在经典力学中，质点的运动总存在一个确定的可以预测的轨迹，因此我们可以同时确定其坐标和动量（或速度）并以此来描述它的运动状态。而微观粒子的运动具有波动性，所以它没有确定的轨迹，也就意味着它不能同时具有准确的坐标和确定的动量，也称为测不准原理。这是海森伯在1927年发现的。2在经典力学概念中，一个粒子的位置和动量是可以同时精确测定的。在量子理论发展后，揭示出要同时测出微观物体的位置和动量，其精确度是有一定限制的。这个限制来源于物质的波粒二象性。海森伯推得，测量一个微粒的位置时，如果不确定范围是x，那么同时测得其动量也有一个不确定范围p，p和x的乘积总是大于一定的数值，即xp。当堂检测1以下说法正确的是（）a物体都具有波动性b抖动细绳一端，绳上的波就是物质波c通常情况下，质子比电子的波长长d核外电子绕核运动时，并没有确定的轨道2下列说法正确的是（）a概率波就是机械波b物质波是一种概率波c概率波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象d在光的双缝干涉实验中，若有一个光子，则能确定这个光子落在哪个点上3在光的双缝干涉实验中，在光屏上放上照相底片并设法减弱光子流的强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，在曝光时间不长和曝光时间足够长的两种情况下，其实验结果是（）a若曝光时间不长，则底片上出现一些无规则的点b若曝光时间足够长，则底片上出现干涉条纹c这一实验结果证明了光具有波动性d这一实验结果否定了光具有粒子性4关于对微观粒子的认识，下列说法中正确的是（）a粒子的位置和动量可以同时确定b粒子的运动没有确定的轨迹c单个粒子的运动没有规律d粒子在某一时刻的加速度由该时刻粒子受到的合力决定5一辆摩托车以20 m/s的速度向墙冲去，车身和人共重100 kg，则车撞墙时的不确定范围是_。答案：课堂合作探究【问题导学】活动与探究1：答案：在电子衍射图样中，出现明暗相间的圆环，说明电子落在“亮圆”上的概率大，落在“暗圆”上的概率小。迁移与应用1：cd解析：光是一种概率波，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是中央亮纹处，可达95%以上，还可能落到暗纹处，不过落在暗纹处的概率最小（注意暗纹处并非无光子到达）。故c、d选项正确。活动与探究2：答案：不存在不确定关系，能用经典力学的知识来研究显像管中电子的运动。已知pmvmvp而x m5.8106 m电子运动范围（显像管尺寸）l0.01 m可见pp，lx所以电子可作经典粒子处理，说明我们前面用经典力学的知识来研究显像管中电子的运动是可以的。迁移与应用2：答案：1.01019 m/s解析：灰尘速度的最小误差即其不确定量，动量的不确定量pmv，则由不确定性关系xp，得v m/s1.01019 m/s。【当堂检测】1ad解析：任何物体都具有波动性，故选项a正确；对宏观物体而言，其波动性难以观测，我们所看到的绳波是机械波，不是物质波，故选项b错误；电子的动量往往比质子的动量小，由知，电子的波长长，故选项c错误；核外电子绕核运动的规律是概率问题，无确定的轨道，故选项d正确。2b解析：概率波与机械波是两个概念，本质不同；物质波是一种概率波，符合概率波的特点；光的双缝干涉实验中，若有一个光子，这个光子的落点是不确定的，但有几率较大的位置。3abc解析：实验表明，大量光子的行为表现为波动性，个别光子的行为表现为粒子性。上述实验表明光具有波粒二象性，故a、b、c正确，d错误。4b解析：微观粒子具有波粒二象性，运动没有确定的轨迹，选项b正确；虽不能确定粒子出现在哪一位