高中物理 第17章 波粒二象性 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 概率波 大 小 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 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 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 2 表达式利用数学方法对微观粒子的运动进行分析可以知道 如果以 x表示粒子位置的不确定量 以 p表示粒子在x方向上的动量的不确定量 那么 x p 式中h是普朗克常量 这就是著名的不确定性关系 简称不确定关系 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 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 答案 cd 点评 对微观领域里模型及规律的理解 不能持宏观 固有的传统模式 对概率波的理解 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 a 亮条纹是电子到达概率大的地方b 该实验说明物质波理论是正确的c 该实验再次说明光子具有波动性d 该实验说明实物粒子具有波动性答案 c解析 由题意可知 亮条纹是电子到达概率大的地方 暗条纹是粒子到达概率小的地方 故a正确 电子是实物粒子 能发生衍射现象 该实验说明物质波理论是正确的 不能说明光子的波动性 故bd正确 c错误 本题选择错误的 故选c 对不确定性关系的理解 d 单缝越窄 中央亮纹越宽 是因为单缝越窄 位置不确定量 x越小 动量不确定量 p越大的缘故答案 bd 易错分析 受经典力学规律的影响 没有正确理解不确定性关系 因为在经典力学概念中 一个粒子的位置和动量是可以同时精确测定的 因而错选b