高中物理 第17章 波粒二象性 4 概率波 5 不確定性關(guān)系課件 新人教版選修35

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1、第十七章4概率波5不確定性關(guān)系學習目標1.了解經(jīng)典物理學中的粒子和波的特點.2.了解概率波的內(nèi)容.3.了解“不確定性關(guān)系”的含義.內(nèi)容索引知識探究 題型探究達標檢測知識探究一、概率波一、概率波導學探究導學探究用極微弱的可見光做雙縫干涉實驗，隨著時間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖1甲、乙、丙所示的圖象.圖1(1)圖象甲是曝光時間很短的情況，光點的分布有什么特點？說明了什么問題？答案答案當曝光時間很短時，屏上的光點是隨機分布的，具有不確定性，說明了光具有粒子性.答案(2)圖象乙是曝光時間稍長情況，當光子數(shù)較多時落在哪些區(qū)域的概率較大？可用什么規(guī)律來確定？答案答案落在某些條形區(qū)域的概率較大，這種概率可用

2、波動規(guī)律來確定.答案(3)圖象丙是曝光時間足夠長的情況，體現(xiàn)了光的什么性？怎樣解釋上述現(xiàn)象？答案答案光的波動性.綜合上面三個圖象可知，少量光子呈現(xiàn)粒子性，大量光子呈現(xiàn)波動性，而且光是一種概率波.答案知識梳理知識梳理1.光波是一種概率波：光的波動性不是光子之間的 引起的，而是光子自身 的性質(zhì)，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動的規(guī)律確定，所以，光波是一種概率波.2.物質(zhì)波也是概率波：對于電子和其他微觀粒子，單個粒子的位置是 ，但在某點附近出現(xiàn)的概率的大小可以由 的規(guī)律確定，對于大量粒子，這種概率分布導致確定的宏觀結(jié)果，所以物質(zhì)波也是概率波.相互作用固有不確定的波動3.經(jīng)典的粒子(1)含義：粒子有一

3、定的 ，具有一定的 ，有的還帶有 .(2)運動的基本特征：遵從 ，任意時刻有確定的位置和 ，在時空中有確定的 .4.經(jīng)典的波(1)含義：在空間是 的.(2)特征：具有 和 ，即具有時空的周期性.空間大小質(zhì)量電荷牛頓運動定律速度軌道彌散開來頻率波長即學即用即學即用判斷下列說法的正誤.(1)光子通過狹縫后落在屏上的位置是可以確定的.()(2)光子通過狹縫后落在屏上亮條紋處的概率大些.()(3)電子通過狹縫后運動的軌跡是確定的.()(4)經(jīng)典的波在空間傳播具有周期性.()二、不確定性關(guān)系二、不確定性關(guān)系知識梳理知識梳理不確定性xp位置動量普朗克常量3.微觀粒子運動的基本特征：不再遵守 定律，不可能同

4、時準確地知道粒子的 和 ，不可能用“軌跡”來描述粒子的運動，微觀粒子的運動狀態(tài)只能通過 做統(tǒng)計性的描述.牛頓運動位置動量概率即學即用即學即用判斷下列說法的正誤.(1)電子通過狹縫后運動的軌跡是確定的.()(2)宏觀物體的動量和位置可準確測定.()(3)微觀粒子的動量和位置不可同時準確測定.()答案題型探究一、對概率波的理解1.單個粒子運動的偶然性：我們可以知道粒子落在某點的概率，但不能預言粒子落在什么位置，即粒子到達什么位置是隨機的，是預先不能確定的.2.大量粒子運動的必然性：由波動規(guī)律我們可以準確地知道大量粒子運動時的統(tǒng)計規(guī)律，因此我們可以對宏觀現(xiàn)象進行預言.3.概率波體現(xiàn)了波粒二象性的和諧

5、統(tǒng)一：概率波的主體是光子、實物粒子，體現(xiàn)了粒子性的一面；同時粒子在某一位置出現(xiàn)的概率受波動規(guī)律支配，體現(xiàn)了波動性的一面，所以說概率波將波動性和粒子性統(tǒng)一在一起.例例1(多選)在單縫衍射實驗中，中央亮紋的光強占從單縫射入的整個光強的95%以上，假設現(xiàn)在只讓一個光子通過單縫，那么該光子A.一定落在中央亮紋處B.一定落在亮紋處C.可能落在暗紋處D.落在中央亮紋處的可能性最大答案解析解析根據(jù)光波是概率波的概念，對于一個光子通過單縫落在何處，是不可確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處，可達95%以上，當然也可落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，不過，落在暗紋處的概率很小，故C、D選項正確.解析針對訓練針對

6、訓練(多選)在雙縫干涉實驗中出現(xiàn)的亮暗條紋說明了A.光具有波動性B.光具有粒子性C.光波是一種概率波D.以上說法全都錯誤解析解析雙縫干涉實驗中出現(xiàn)的亮條紋和暗條紋，說明了光子落點具有一定的概率，即符合概率波的規(guī)律，并說明光具有波動性.答案解析1.在雙縫干涉和單縫衍射的暗條紋處也有光子到達，只是光子數(shù)量“特別少”，很難呈現(xiàn)出亮度.2.要理解統(tǒng)計規(guī)律，對統(tǒng)計規(guī)律的正確認識是理解概率波的前提.總結(jié)提升總結(jié)提升二、對不確定性關(guān)系的理解4.不確定性關(guān)系告訴我們，如果要更準確地確定粒子的位置(即x更小)，那么動量的測量一定會更不準確(即p更大)，也就是說，不可能同時準確地知道粒子的位置和動量，也不可能用“

7、軌跡”來描述粒子的運動.答案解析解析不確定性關(guān)系表明，無論采用什么方法試圖確定位置坐標和相應動量中的一個，必然引起另一個較大的不確定性，這樣的結(jié)果與測量儀器及測量方法是否完備無關(guān)，無論怎樣改善測量儀器和測量方法，都不可能逾越不確定性關(guān)系所給出的限度.故A、D正確.解析例例3質(zhì)量為10 g的子彈與電子的速率相同，均為500 m/s，測量準確度為0.01%，若位置和速率在同一實驗中同時測量，試問它們位置的最小不確定量各為多少？(電子質(zhì)量為m9.11031kg，結(jié)果保留三位有效數(shù)字)答案答案1.061031 m1.16103 m答案解析理解不確定性關(guān)系時應注意的問題(1)對子彈這樣的宏觀物體，不確定

8、量是微不足道的，對測量準確性沒有任何限制，但對微觀粒子卻是不可忽略的.(2)在微觀世界中，粒子質(zhì)量較小，不能同時精確地測出粒子的位置和動量，也就不能準確地把握粒子的運動狀態(tài).規(guī)律總結(jié)規(guī)律總結(jié)達標檢測1.(多選)下列各種波屬于概率波的是A.聲波 B.無線電波C.光波 D.物質(zhì)波123答案解析解析解析光波的波動性具有概率波的規(guī)律，任一運動的物體均有一種物質(zhì)波與之對應，且這種物質(zhì)波也具有概率波的規(guī)律.概率波與機械波和電磁波的本質(zhì)不同.123解析答案解析解析不確定性關(guān)系表示位置、動量的精度相互制約，此長彼消，當粒子的位置不確定性更小時，粒子動量的不確定性更大；反之亦然，故不能同時準確確定粒子的位置和動量，不確定性關(guān)系是自然界中的普遍規(guī)律，對微觀世界的影響顯著，對宏觀世界的影響可忽略，故C、D正確.123123解析答案答案見解析答案123這個速度不確定量在宏觀世界中微不足道，可認為球的速度是確定的，其運動遵從經(jīng)典物理學理論.(2)電子的質(zhì)量me9.11031 kg，測定其位置的不確定量為1010 m.123答案答案見解析答案解析解析電子的速度測定的不確定量5.8105 m/s這個速度不確定量不可忽略，不能認為電子具有確定的速度，其運動不能用經(jīng)典物理學理論處理.解析