高中物理波粒二象性第4、5節(jié)概率波不確定性關(guān)系教學(xué)案新人教版選修3-5-新人教版

word第4、5節(jié)概率波 不確定性關(guān)系；經(jīng)典的波具有時(shí)空周期性。光波是概率波，物質(zhì)波也是概率波。確h定性，表達(dá)式為：ΔxΔp≥ 。4π一、經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波1．經(jīng)典粒子的特征經(jīng)典物理學(xué)中，粒子有確定的空間大小，具有確定的質(zhì)量，有的還帶有電荷。經(jīng)典粒子運(yùn)動(dòng)的根本特征：遵從牛頓運(yùn)動(dòng)定律，只要它們的受力狀況及初位置、初的軌跡。2．經(jīng)典波的特征的兩個(gè)物理屬性。二、概率波光波是一種概率波的概率可以通過波動(dòng)的規(guī)律確定，所以，光波是一種概率波。物質(zhì)波也是概率波1/9word也是概率波。三、不確定性關(guān)系1．定義：在經(jīng)典物理學(xué)中，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位置和動(dòng)量是可以同時(shí)測(cè)定的；在微觀物理學(xué)中，要同時(shí)測(cè)出微觀粒子的位置和動(dòng)量是不太可能的，這種關(guān)系叫不確定性關(guān)系。h2．表達(dá)式：ΔxΔp≥ 。其中用Δx表示粒子位置的不確定量用Δp表示在x方向4π上動(dòng)量的不確定量，h是普朗克常量。1．自主思考——判一判(1)經(jīng)典的粒子的運(yùn)動(dòng)適用牛頓其次定律。(√)(2)經(jīng)典的波在空間傳播具有周期性。(√)經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波爭(zhēng)論對(duì)象一樣。(×)光子通過狹縫后落在屏上的位置是可以確定的。(×)(5)光子通過狹縫后落在屏上明紋處的概率大些。(√)(6)電子通過狹縫后運(yùn)動(dòng)的軌跡是確定的。(×)2．合作探究——議一議對(duì)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)分析能不能用“軌跡〞來描述？提示：微觀粒子的運(yùn)動(dòng)遵循不確定關(guān)系，也就是說，要準(zhǔn)確確定粒子的位置，動(dòng)量(或也就是說不行能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動(dòng)量動(dòng)。對(duì)概率波的理解1．正確理解光的波動(dòng)性源S2/9word干預(yù)條紋分布?？梢姡獾牟▌?dòng)性不是光子之間的相互作用引起的。2．光波是一種概率波在雙縫干預(yù)試驗(yàn)中，光子通過雙縫后，對(duì)某一個(gè)光子而言，不能確定它落在哪一點(diǎn)，但條紋處的概率大，落在暗條紋處的概率小。這就是說光子在空間消滅的概率可以通過波動(dòng)的規(guī)律來確定，因此說光是一種概率波。3．物質(zhì)波也是概率波波也是概率波。也就是說，單個(gè)粒子位置是不確定的，具有偶然性；大量粒子運(yùn)動(dòng)具有必定性，遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律。概率波將波動(dòng)性和粒子性統(tǒng)一在一起。1．(多項(xiàng)選擇)在雙縫干預(yù)試驗(yàn)中消滅的明暗條紋說明白( )光具有波動(dòng)性C．光波是一種概率波

光具有粒子性D．以上說法全都錯(cuò)誤解析：選AC雙縫干預(yù)試驗(yàn)中消滅的明條紋和暗條紋，說明白光子落點(diǎn)具有確定的概率，即符合概率波的規(guī)律，并說明光具有波動(dòng)性。2．(多項(xiàng)選擇)為了驗(yàn)證光的波粒二象性，在雙縫干預(yù)試驗(yàn)中將光屏換成照相底片，并設(shè)法減弱光的強(qiáng)度，以下說法正確的選項(xiàng)是( )使光子一個(gè)一個(gè)地通過雙縫干預(yù)試驗(yàn)裝置的單縫，假設(shè)時(shí)間足夠長，底片上將消滅雙縫干預(yù)圖樣使光子一個(gè)一個(gè)地通過雙縫干預(yù)試驗(yàn)裝置的單縫，假設(shè)時(shí)間很短，底片上將消滅不太清楚的雙縫干預(yù)圖樣大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示光的波動(dòng)性D．光只有波動(dòng)性沒有粒子性解析：選AC單個(gè)光子的運(yùn)動(dòng)具有不確定性，但其落點(diǎn)的概率分布還是遵循確定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律的，依據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律可以顯示出光的波動(dòng)性的一面。選項(xiàng)A、C3．(多項(xiàng)選擇)在單縫衍射試驗(yàn)中，中心亮紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個(gè)光強(qiáng)的95%以上。假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)光子通過單縫，那么該光子( )A．確定落在中心亮紋處B．確定落在亮紋處3/9wordC．可能落在暗紋處D．落在中心亮紋處的可能性最大解析：選CD依據(jù)光波是概率波的概念，對(duì)于一個(gè)光子通過單縫落在何處，是不行確過，落在暗紋處的概率很小，故C、D對(duì)不確定性關(guān)系的理解粒子位置的不確定性就是說，粒子在擋板左側(cè)的位置是完全不確定的。粒子動(dòng)量的不確定性微觀粒子具有波動(dòng)性，會(huì)發(fā)生衍射。大局部粒子到達(dá)狹縫之前沿水平方向運(yùn)動(dòng)，而由于哪個(gè)粒子到達(dá)屏上的哪個(gè)位置是完全隨機(jī)的，所以粒子在垂直方向上的動(dòng)量也具有不確定性，不確定量的大小可以由中心亮條紋的寬度來衡量。h位置和動(dòng)量的不確定性關(guān)系：ΔxΔp≥4πh由ΔxΔp≥ 可以知道，在微觀領(lǐng)域，要準(zhǔn)確地確定粒子的位置，動(dòng)量的不確定性就4π更大；反之，要準(zhǔn)確地確定粒子的動(dòng)量，那么位置的不確定性就更大。4．微觀粒子的運(yùn)動(dòng)沒有特定的軌道h由不確定關(guān)系ΔxΔp≥ 可知，微觀粒子的位置和動(dòng)量是不能同時(shí)被確定的，這也就4π打算了不能用“軌跡〞的觀點(diǎn)來描述粒子的運(yùn)動(dòng)。5．經(jīng)典物理和微觀物理的區(qū)分在經(jīng)典物理學(xué)中，可以同時(shí)用位置和動(dòng)量準(zhǔn)確地描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，假設(shè)知道質(zhì)點(diǎn)的加速度，還可以預(yù)言質(zhì)點(diǎn)在以后任意時(shí)刻的位置和動(dòng)量，從而描繪它的運(yùn)動(dòng)軌跡。跡〞來描述粒子的運(yùn)動(dòng)。但是，我們可以準(zhǔn)確地知道大量粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。4/9wordh[典例] ＝5.3×10－35J·s，試求以下狀況中速度測(cè)定的不確定量。4π一個(gè)球的質(zhì)量m＝1.0kg10－6m。電子的質(zhì)量＝9.0×1－31k，測(cè)定其位置的不確定量為1－10量級(jí))[解析](11.0k，＝1－6，h由ΔxΔp≥ ，Δp＝mΔv知4πhΔv＝

5.3×10－351xm4πΔ1xm

＝10×1.0

m/s－6＝5.3×10－29m/s。－6(2)m＝9.0×10－31e

kg，Δ＝1－10mhΔv＝2 4πΔxme5.3×10－35＝

m/s10－10×9.0×10－31＝5.89×105m/s。[答案](1)5.3×10－29

m/s(2)5.89×105

m/s對(duì)不確定性關(guān)系的三點(diǎn)提示在宏觀世界中物體的質(zhì)量與微觀世界中粒子的質(zhì)量相比較，相差很多倍。依據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)可以看出，宏觀世界中的物體的質(zhì)量較大，位置和速度的不確定量較小，可同時(shí)較準(zhǔn)確地測(cè)出物體的位置和動(dòng)量。在微觀世界中粒子的質(zhì)量較小，不能同時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)出粒子的位置和動(dòng)量，不能準(zhǔn)確把握粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。h1．(多項(xiàng)選擇)依據(jù)不確定性關(guān)系ΔxΔp≥ ，推斷以下說法正確的選項(xiàng)是( )4π實(shí)行方法提高測(cè)量Δx精度時(shí)，Δp的精度下降實(shí)行方法提高測(cè)量Δx精度時(shí)，Δp的精度上升Δx與Δp測(cè)量精度與測(cè)量?jī)x器及測(cè)量方法是否完備有關(guān)Δx與Δp測(cè)量精度與測(cè)量?jī)x器及測(cè)量方法是否完備無關(guān)5/9word解析：選AD不確定關(guān)系說明，無論承受什么方法試圖確定坐標(biāo)和相應(yīng)動(dòng)量中的一個(gè)，樣改善測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法，都不行能逾越不確定關(guān)系所給出的限度。故A、D2．電子的質(zhì)量m＝9.0×10－31kg，測(cè)定其速度的不確定量為2×10－6e

m/s，測(cè)定其位h4π置的不確定量。4π

＝5.3×1－35J·h解析：由不確定性關(guān)系ΔxΔp≥ ；Δp＝mΔv知4πhΔx＝ ＝

5.3×10－35

m＝29.4m。4πm·Δv9.0×10－31×2×10－6e答案：29.4m1．(多項(xiàng)選擇)以下各種波是概率波的是( )聲波C．光波

無線電波D．物質(zhì)波解析：選CD聲波是機(jī)械波，AB波、物質(zhì)波的特點(diǎn)分析可以得知，光波和物質(zhì)波均為概率波，故C、Dhν紫外線光子的動(dòng)量為c照舊靜止

。一個(gè)靜止的O3

吸取了一個(gè)紫外線光子后( )沿著光子原來運(yùn)動(dòng)的方向運(yùn)動(dòng)C．沿與光子運(yùn)動(dòng)方向相反的方向運(yùn)動(dòng)D．可能向任何方向運(yùn)動(dòng)B由動(dòng)量守恒定律知O分子與光子原來運(yùn)動(dòng)方向一樣。3故正確選項(xiàng)為B。3．(多項(xiàng)選擇)在單縫衍射試驗(yàn)中，從微觀粒子運(yùn)動(dòng)的不確定關(guān)系可知( )A．縫越窄，粒子位置的不確定性越大B．縫越寬，粒子位置的不確定性越大C．縫越窄，粒子動(dòng)量的不確定性越大D．縫越寬，粒子動(dòng)量的不確定性越大6/9wordh解析選BC由不確定性關(guān)系ΔxΔp≥ 知縫寬時(shí)位置不確定性越大那么動(dòng)量的4π不確定性越小，反之亦然，因此選項(xiàng)B、C正確。4．10096b處，那么b處可能是( )A．亮紋B．暗紋C．既有可能是亮紋也有可能是暗紋D．以上各種狀況均有可能解析：選A按波的概率分布的特點(diǎn)去推斷，由于大局部光子都落在b點(diǎn)，故b處確定是亮紋，選項(xiàng)A5．(多項(xiàng)選擇)關(guān)于不確定性關(guān)系ΔxΔp≥

h，有以下幾種理解，其中正確的選項(xiàng)是4π( )A．微觀粒子的動(dòng)量不行確定B．微觀粒子的坐標(biāo)不行確定C．微觀粒子的位置和動(dòng)量不行能同時(shí)確定D．不僅電子和光子等微觀粒子存在不確定性關(guān)系，其他宏觀物體也存在不確定性關(guān)系解析：選CD此題主要考察對(duì)不確定性關(guān)系的理解，不確定性關(guān)系表示確定的位置、亦然。故不能同時(shí)準(zhǔn)確確定微觀粒子的位置和動(dòng)量。不確定性關(guān)系是自然界中的普遍規(guī)律，對(duì)微觀世界的影響顯著，對(duì)宏觀世界的影響可以無視，故C、D6．(多項(xiàng)選擇)電子的運(yùn)動(dòng)受波動(dòng)性的支配，對(duì)于氫原子的核外電子，以下說法正確的選項(xiàng)是( )A．氫原子的核外電子可以用確定的坐標(biāo)描述它們?cè)谠又械奈恢肂．電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律確定它的軌道C．電子繞核運(yùn)動(dòng)的“軌道〞其實(shí)是沒有意義的D．電子軌道只不過是電子消滅的概率比較大的位置解析：選CD微觀粒子的波動(dòng)性是一種概率波，對(duì)于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，牛頓運(yùn)動(dòng)定律“軌道〞其實(shí)是沒有意義的，電子軌道只不過是電子消滅的概率比較大的位置，綜上所述，7/9wordC、D7．在單縫衍射試驗(yàn)中，假設(shè)單縫寬度是1.0×10－9m，那么光子經(jīng)過單縫發(fā)生衍射，動(dòng)量不確定量是多少？解析：由題目可知光子位置的不確定量Δ＝1.0×1－9，解答此題需利用不確定性關(guān)系。單縫寬度是光子經(jīng)過狹縫的不確定量即Δ＝1.0×1－9，h

6.63×10－34由ΔΔ≥ 有1.0×1－×Δ≥ 4π 4π那么Δ≥5.3×1－26kg·m/s。答案：≥5.3×1－26kg·m/s8．(1)(多項(xiàng)選擇)以下說法中正確的選項(xiàng)是( )A．光的波粒二象性，就是由牛頓的微粒說和惠更斯的波動(dòng)說組成的B．光的波粒二象性徹底推翻了麥克斯韋的光的電磁說C．光子說并沒有否認(rèn)光的電磁說，在光子能量ε＝hν中，頻率ν表示波的特征，ε表示粒子的特征D．光波和物質(zhì)波都是概率波E．光的波動(dòng)性是光子本身固有的性質(zhì)，不是光子之間相互作用引起的(2)如圖1所示為示波管示意圖，電子的加速電壓＝104，打在熒光屏上電子的位置確定在0.1mmX圍內(nèi)，可以認(rèn)為令人滿足，那么電子的速度是否可以完全確定？是否可以用經(jīng)典力學(xué)來處理？電子質(zhì)量

kg。1解析：(1