物理人教選修3-5課件第17章波粒二象性4~5

第十七章

4概率波5不確定性關(guān)系知識內(nèi)容

考試要求必考加試光的粒子性

b不確定性關(guān)系

b課時要求1.知道光波和物質(zhì)波都是概率波.2.知道微觀粒子干涉、衍射的明暗條紋與粒子落點概率大小的關(guān)系.3.知道少量運動粒子表現(xiàn)出明顯的粒子性，大量運動粒子表現(xiàn)出明顯的波動性.4.知道微觀粒子的動量和位置不能同時被準確確定.5.知道波粒二象性和不確定關(guān)系是量子力學的理論基礎(chǔ).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.(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？導學探究答案

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.答案圖1(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

落在某些條形區(qū)域的概率較大，這種概率可用波動規(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

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.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.相互作用不確定的固有波動3.經(jīng)典的粒子(1)含義：粒子有一定的

，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.質(zhì)量空間大小電荷牛頓運動定律速度軌道彌散開來頻率波長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)經(jīng)典的波在空間傳播具有周期性.(

)×√√二、不確定性關(guān)系1.定義：在經(jīng)典物理學中，可以同時用質(zhì)點的位置和動量精確描述它的運動，在微觀物理學中，要同時測出微觀粒子的位置和動量是不可能的，這種關(guān)系叫

關(guān)系.2.表達式：

≥.其中以Δx表示粒子

的不確定量，以Δp表示粒子在x方向上的

的不確定量，h是

.導學探究不確定性動量位置普朗克常量ΔxΔp3.微觀粒子運動的基本特征：不再遵守

定律，不可能同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.(

)×√√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(shè)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，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.解析答案√√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)提升二、對不確定性關(guān)系的理解1.單縫衍射現(xiàn)象中，粒子在擋板左側(cè)的位置是完全不確定的，即通過擋板前粒子的位置具有不確定性.2.單縫衍射現(xiàn)象中，粒子通過狹縫后，在垂直原來運動方向的動量是不確定的，即通過擋板后粒子的動量具有不確定性.3.微觀粒子運動的位置不確定量Δx和動量的不確定量Δp的關(guān)系式ΔxΔp≥，其中h是普朗克常量，這個關(guān)系式叫不確定性關(guān)系.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Δx更小)，那么動量的測量一定會更不準確(即Δp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“軌跡”來描述粒子的運動.例2

(多選)根據(jù)不確定性關(guān)系ΔxΔp≥

，判斷下列說法正確的是A.采取辦法提高測量Δx精度時，Δp的精度下降B.采取辦法提高測量Δx精度時，Δp的精度上升C.Δx與Δp測量精度與測量儀器及測量方法是否完備有關(guān)D.Δx與Δp測量精度與測量儀器及測量方法是否完備無關(guān)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(yīng)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.解析答案√√例3

(多選)在單縫衍射實驗中，從微觀粒子運動的不確定性關(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，粒子動量的不確定性越大D.縫越寬，粒子動量的不確定性越大解析

由不確定性關(guān)系ΔxΔp≥知縫越寬，粒子位置的不確定性越大，則動量的不確定性越小，反之亦然，因此選項B、C正確.解析答案√√理解不確定性關(guān)系時應(yīng)注意的問題(1)對子彈這樣的宏觀物體，不確定量是微不足道的，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).總結(jié)規(guī)律達標檢測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(yīng)，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.√解析答案2.(多選)物理學家做了一個有趣的實驗：在雙縫干涉實驗中，在光屏處放上照相底片，若減弱光的強度，使光子只能一個一個地通過狹縫，實驗結(jié)果表明，如果曝光時間不太長，底片上只出現(xiàn)一些不規(guī)則的點；如果曝光時間足夠長，底片上就出現(xiàn)了規(guī)則的干涉條紋，對這個實驗結(jié)果下列認識正確的是A.曝光時間不長時，光子的能量太小，底片上的條紋看不清楚，故出現(xiàn)

不規(guī)則的點B.單個光子的運動表現(xiàn)出波動性C.干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方D.只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出波動性√123解析答案√解析

光是一種概率波，對于一個光子通過單縫落在何處，是不確定的，但概率最大的是中央亮紋處，可達95%以上，還可能落到暗紋處，不過落在暗紋處的概率最小(注意暗紋處并非無光子到達).故C、D選項正確.123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