高中物理 第17章 波粒二象性 4 概率波 5 不确定性关系课件 新人教版选修35.ppt

第十七章 4概率波5不确定性关系 学习目标1 了解经典物理学中的粒子和波的特点 2 了解概率波的内容 3 了解 不确定性关系 的含义 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 概率波 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1甲 乙 丙所示的图象 图1 1 图象甲是曝光时间很短的情况 光点的分布有什么特点 说明了什么问题 答案当曝光时间很短时 屏上的光点是随机分布的 具有不确定性 说明了光具有粒子性 答案 2 图象乙是曝光时间稍长情况 当光子数较多时落在哪些区域的概率较大 可用什么规律来确定 答案落在某些条形区域的概率较大 这种概率可用波动规律来确定 答案 3 图象丙是曝光时间足够长的情况 体现了光的什么性 怎样解释上述现象 答案光的波动性 综合上面三个图象可知 少量光子呈现粒子性 大量光子呈现波动性 而且光是一种概率波 答案 1 光波是一种概率波 光的波动性不是光子之间的引起的 而是光子自身的性质 光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定 所以 光波是一种概率波 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 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 相互作用 固有 不 确定的 波动 3 经典的粒子 1 含义 粒子有一定的 具有一定的 有的还带有 2 运动的基本特征 遵从 任意时刻有确定的位置和 在时空中有确定的 4 经典的波 1 含义 在空间是的 2 特征 具有和 即具有时空的周期性 空间大小 质量 电荷 牛顿运动定律 速 度 轨道 弥散开来 频率 波长 判断下列说法的正误 1 光子通过狭缝后落在屏上的位置是可以确定的 2 光子通过狭缝后落在屏上亮条纹处的概率大些 3 电子通过狭缝后运动的轨迹是确定的 4 经典的波在空间传播具有周期性 二 不确定性关系 不确定性 x p 位置 动量 普朗克常量 3 微观粒子运动的基本特征 不再遵守定律 不可能同时准确地知道粒子的和 不可能用 轨迹 来描述粒子的运动 微观粒子的运动状态只能通过做统计性的描述 牛顿运动 位置 动量 概率 判断下列说法的正误 1 电子通过狭缝后运动的轨迹是确定的 2 宏观物体的动量和位置可准确测定 3 微观粒子的动量和位置不可同时准确测定 答案 题型探究 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 例1 多选 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 答案 解析根据光波是概率波的概念 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 解析 针对训练 多选 在双缝干涉实验中出现的亮暗条纹说明了a 光具有波动性b 光具有粒子性c 光波是一种概率波d 以上说法全都错误 解析双缝干涉实验中出现的亮条纹和暗条纹 说明了光子落点具有一定的概率 即符合概率波的规律 并说明光具有波动性 答案 解析 1 在双缝干涉和单缝衍射的暗条纹处也有光子到达 只是光子数量 特别少 很难呈现出亮度 2 要理解统计规律 对统计规律的正确认识是理解概率波的前提 二 对不确定性关系的理解 4 不确定性关系告诉我们 如果要更准确地确定粒子的位置 即 x更小 那么动量的测量一定会更不准确 即 p更大 也就是说 不可能同时准确地知道粒子的位置和动量 也不可能用 轨迹 来描述粒子的运动 答案 解析不确定性关系表明 无论采用什么方法试图确定位置坐标和相应动量中的一个 必然引起另一个较大的不确定性 这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关 无论怎样改善测量仪器和测量方法 都不可能逾越不确定性关系所给出的限度 故a d正确 解析 例3质量为10g的子弹与电子的速率相同 均为500m s 测量准确度为0 01 若位置和速率在同一实验中同时测量 试问它们位置的最小不确定量各为多少 电子质量为m 9 1 10 31kg 结果保留三位有效数字 答案1 06 10 31m1 16 10 3m 答案 解析 理解不确定性关系时应注意的问题 1 对子弹这样的宏观物体 不确定量是微不足道的 对测量准确性没有任何限制 但对微观粒子却是不可忽略的 2 在微观世界中 粒子质量较小 不能同时精确地测出粒子的位置和动量 也就不能准确地把握粒子的运动状态 达标检测 1 多选 下列各种波属于概率波的是a 声波b 无线电波c 光波d 物质波 1 2 3 答案 解析 解析光波的波动性具有概率波的规律 任一运动的物体均有一种物质波与之对应 且这种物质波也具有概率波的规律 概率波与机械波和电磁波的本质不同 1 2 3 解析 答案 解析不确定性关系表示位置 动量的精度相互制约 此长彼消 当粒子的位置不确定性更小时 粒子动量的不确定性更大 反之亦然 故不能同时准确确定粒子的位置和动量 不确定性关系是自然界中的普遍规律 对微观世界的影响显著 对宏观世界的影响可忽略 故c d正确 1 2 3 1 2 3 解析 答案见解析 答案 1 2 3 这个速度不确定量在宏观世界中微不足道 可认为球的速度是确定的 其运动遵从经典物理学