山东省成武一中高中物理 17.417.5课件 新人教版选修35.ppt

知识与技能1 知道经典粒子与经典波的特点 2 知道光和物质波是一种概率波 3 了解微观粒子的不确定性 过程与方法1 用概率波概念解释衍射 干涉现象 2 用不确定关系解释微观粒子的运动 情感 态度与价值观1 建立用矛盾的对立统一思想分析客观事物的观念 2 培养对越困难越具挑战性的问题进行思考的好奇心 1 任意时刻的确定的 和 以及时空中的确定的轨道 是经典物理学中粒子运动的基本特征 与经典的粒子不同 经典的波在空间是 的 其特征是具有 和 也就是具有时间的周期性 2 光子在空间出现的概率可以通过 的规律确定 所以 从光子的概念上看 光波是一种 波 3 对于电子和其他微观粒子 由于同样具有 所以与它们相联系的物质波也是 波 4 在光的单缝衍射实验中 粒子通过狭缝时发生衍射 狭缝的宽度决定了粒子 的不确定范围 中央亮条的宽度决定了粒子 的不确定范围 5 为了更准确地测定通过狭缝的粒子的位置 我们可以选用更窄的狭缝 但是 从衍射的规律可以知道 狭缝越窄 屏上中央亮条就 这表明 尽管更窄的狭缝可以更准确地测得粒子的位置 但粒子 的不确定量却更 了 6 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 知识点1经典的粒子和经典的波1 经典的粒子的基本特征 1 粒子有一定的空间大小 一定的质量和电荷量 2 粒子的运动遵从牛顿第二定律 3 粒子有确定的位置和速度以及时空中确定的轨道 2 经典的波的特征 1 经典的波在空间具有弥散性 2 具有一定的频率和波长 也就是具有时空的周期性 知识点2概率波1 光波是概率波光子在空间各点出现的概率遵从波动规律 所以物理学中把光波叫做概率波 光子的行为服从统计规律 干涉加强处表示光子到达的数目多 从统计的观点来看 就是光子在该处出现的概率大 干涉减弱处表示光子到达的数目少 也就是光子在该处出现的概率小 这种概率的大小服从波动规律 因此 我们把光波叫做概率波 从经典物理学的角度上讲 波动应该是质点间相互作用的结果 在这里 光子具有波动性 就应该是光子与光子作用的结果 但人们发现在双缝实验中 即使光很弱 弱到光子一个一个地射向胶片 这时排除了光子间有相互作用 在照射时间足够长时 底片上最终还是形成了干涉图样 这正说明波动性不是由光子间相互作用引起的 而是单个光子的固有属性 2 物质波也是概率波电子和其他微观粒子 同样具有波粒二象性 所以与它们相联系的物质波也是概率波 例1 对于光的波粒二象性的说法中 正确的是 a 在一束传播的光束中 有的光是波 有的光是粒子b 光子与电子同样是一种粒子 光波与机械波同样是一种波c 光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的d 光是一种波 同时也是一种粒子 光子说并未否定电磁说 在光子的能量e h 中 频率 仍表示的是波的特征 答案 d 解析 光是一种波 同时也是一种粒子 光具有波粒二象性 当光和同物质作用时 是 一份一份 的 表现出粒子性 单个光子通过双缝后的落点无法预测 但大量光子通过双缝后在空间各点出现的可能性可以用波动规律描述 表现出波动性 粒子性和波动性是光本身的一种属性 光子说并未否定电磁说 知识点3不确定关系 1 在经典力学中 一个质点的位置和动量是可以同时精确测定的 而在量子理论中 要同时准确地测出微观粒子的位置和动量是不可能的 也就是说不能同时用位置和动量来描述微观粒子的运动 我们把这种关系叫做不确定关系 3 海森伯的不确定关系是量子力学的一条基本原理 是物质波粒二象性的生动体现 它表明 在对粒子位置和动量进行测量时 精确度存在一个基本极限 不可能同时准确地知道粒子的位置和动量 例2 在单缝衍射实验中 若单缝宽度是1 0 10 9m 那么光子经过单缝发生衍射 动量不确定量是多少 答案 0 53 10 25kg m s 位置和动量的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 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 c d 宏观量子隧道效应各种元素的原子具有特定的光谱线 如钠原子具有黄色的光谱线 原子模型与量子力学已用能级的概念进行了合理的解释 由无数的原子构成固体时 单独原子的能级就合并成能带 由于电子数目很多 能带中能级的间距很小 因此可以看做是连续的 从能带理论出发成功地解释了大块金属 半导体 绝缘体之间的联系与区别 对介于原子 分子与大块固体之间的超微颗粒而言 大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级 能级间的间距也随着颗粒尺寸的减小而增大 当热能 电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时 就会呈现出一系列与宏观物体截然不同的反常特性 称之为量子尺寸效应 例如 导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体 磁矩的大小与颗粒中电子是奇数还是偶数有关 比热亦会反常变化 光谱线会产生向短波长方向的移动 这就是量子尺寸效应的宏观表现 在低温条件下 对超微颗粒必须考虑量子效应 原有的宏观规律已不再成立 电子具有粒子性又具有波动性 因此它存在隧道效应 近年来 人们发现一些宏观物理量 如微颗粒的磁化强度 量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应 称之为宏观的量子隧道效应 量子尺寸效应 宏观量子隧道效应将会是未来微电子 光电子器件的基础 或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限 当微电子器