4　概率波.pptx

1、第4节：概率波,第十七章 波粒二象性,“满纸荒唐言”的机遇,“满纸荒唐言”的机遇 在德布罗意准备论文答辩的过程中，出现了戏剧性的一幕德布罗意的导师朗之万竟然不知道如何评价学生的论文，,但他表现得相当豁达大度，尴尬之余，他聪明地把德布罗意的博士论文副本寄给了爱因斯坦爱因斯坦称赞德布罗意“已揭开了巨大帷幕的一角”,他的态度使得德布罗意这篇似乎“满纸荒唐言”的论文，顺利获得了博士学位，并创下用学位论文赢得诺贝尔奖的历史录,1、经典的粒子的基本特征,粒子有一定的空间大小、一定的质量和电荷量 粒子的运动遵从牛顿第二定律 粒子有确定的位置、速度以及时空中确定的轨道。,2、经典的波的基本特征,在空间具有弥散

2、性 具有一定的频率、波长具有时空的周期性,在经典物理学中，波和粒子是两个不同的研究对象， 具有非常不同的表现，互不相容，遵从不同的规律,一、经典的粒子和经典的波,3概率波,光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定。,(1)概率波：,在干涉和衍射图样中，对于某个光子不能确定落在哪一点，即光子落在各点的概率是不一样的，但光子落在明条纹处的概率大，落在暗条纹处的概率小,光波是概率波。,(2)物质波也是概率波,电子通过晶体衍射图,它们相联系的物质波也是概率波,电子和其他微观粒子，也可以发生干涉和衍射，具有波动性，叫物质波。,图中的明纹处是电子落点概率大的地方，暗纹处是电子落点概率小的地方，但概率的大

3、小受波动规律的支配,德布罗意波的统计解释 1926年德国物理学家波恩提出了概率波，认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性，但大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统计规律。,光的强弱对应于光子的数目，明纹处达到的光子数多，明纹表示光子达到的概率大。暗纹反之。,【想一想】1949年，前苏联物理学家费格尔曼做了一个非常精确的弱电子流衍射实验，如图所示是实验得到的衍射图样，衍射图样的结果说明了什么？,衍射图样不是电子相互作用的结果，而是来源于单个电子具有的波动性.衍射图样是大量电子出现概率的统计结果.说明每个电子到达底片上各点有一定的概率，所以德布罗意波是概率波.,通过上述实验可知： 虽然不

4、能肯定某个光子落在哪一点，但在屏上各处明暗不同可以推知，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大，落在暗处的概率小。则光子在空间出现的概率可以通过衍射、干涉的明暗条纹这样的波动规律确定。 -光是一种概率波。 物质波也具有波粒二象性，同样物质波也是概率波。 现象：1、单个粒子的位置是不确定的，但在某点附近出现的概率的大小可以由波动规律确定。 2、大量粒子，概率的分布导致确定的宏观结果。电子数越多，规则的条纹越来越明显。,对概率波的进一步理解 (1)单个粒子的运动位置是否可以预先确定？,单个粒子的运动具有偶然性,我们可以知道粒子落在某点的概率，但粒子到达什么位置是随机的，是预先不能确

5、定的.,(2)大量粒子的运动位置是否可以预言？,大量粒子的运动具有必然性，由波动规律可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律，可以对宏观现象进行预言.,(3)概率波怎样解释波粒二象性？,体现了波粒二象性的和谐统一，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。,课堂小结,1、波动性不是光子间相互作用引起的，而是光子自身固有的性质,2、光是一种概率波 不能确定某时刻某个光子落在哪个位置 光子落在某一位置附近的概率可以确定，且光子在空间出现的概率可通过波动的规律确定。,3、实物粒子相联系的物质波也是概率波，即单个粒子的位置是不确定的，但粒子

6、在某点附近的概率的大小可以由波动的规律确定。 4、对大量粒子来说，概率大的位置达到的粒子数多，概率小的位置达到的粒子数少。,例1.(双选）关于光的波粒二象性，以下说法正确的是() A光有时是波，有时是一种粒子 B光子和质子、电子等是一样的粒子 C大量光子易显出波动性，少量光子易显出粒子性 D紫外线、X射线和射线中，射线的粒子性最强，紫外线的波动性最显著,光同时具备波动性和粒子性,光具有粒子性，是不连续的，并不是说光子与实物粒子是一样的粒子,波长越长，波动性越强，和衍射现象，波长越短，粒子性最强,光是一种概率波，大量光子易显示出波动性，少量光子易显示出粒子性,CD,不要把宏观的波与粒子和微观的波

7、与粒子相混淆，并且要注意建立微观领域的认识，逐步建立起一个全新的微观世界模型.,例2.在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占整个从单缝射入的光强的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,只让一个光子通过单缝，这个光子落在哪一个位置是不可确定的，可以落在亮纹处，也可以落在暗纹处，只是落在中央亮纹的概率更大(有95%以上),CD,例3.对于微观粒子的运动,下列说法中正确的是( ） A.不受外力作用时光子就会做匀速运动 B.光子受到恒定外力作用时就会做匀变速运动 C.只要知道电子的初速度和所受外力,就可以确定其任意时刻的速度 D.运用牛顿力学无法确定微观粒子的运动规律,光子不同于宏观力学的粒子，不能用宏观粒子的牛顿力学规律分析光子的运动,根据概率波、不确定关系可知，选项C错误.,D,例4. 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