成才之路 物理,路漫漫其修遠(yuǎn)兮 吾將上下而求索,人教版 選修3-5,波粒二象性,第十七章,第四節(jié) 概率波 第五節(jié) 不確定性關(guān)系,第十七章,如圖所示是70000多個(gè)電子通過(guò)雙縫后的干涉圖樣，人們能準(zhǔn)確預(yù)知單個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)情況嗎？電子出現(xiàn)的位置是否有規(guī)律可循呢？,1.經(jīng)典的粒子 在經(jīng)典物理學(xué)的概念中， 粒子有一定的_大小，有一定的_，有的還有電荷。其運(yùn)動(dòng)的基本特征是：任意時(shí)刻有確定_和_以及在空間的確定_。 2經(jīng)典的波 經(jīng)典的波在空間中是彌散開(kāi)來(lái)的，其特征是具有_和_，也就是具有_的周期性。,經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波,空間,質(zhì)量,位置,速度,軌道,頻率,波長(zhǎng),時(shí)空,1.光波是概率波 光子落在各點(diǎn)的概率是不一樣的，即光子落在明紋處的概率_，落在暗紋處的概率_。這就是說(shuō)，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過(guò)波動(dòng)的規(guī)律確定。所以，從光子的概念上看，光波是一種_。 2物質(zhì)波也是概率波 對(duì)于電子和其他微觀粒子，單個(gè)粒子的位置是_的，但在某點(diǎn)附近出現(xiàn)的概率的大小可以由_的規(guī)律確定。對(duì)于大量粒子，這種概率分布導(dǎo)致確定的宏觀結(jié)果，所以物質(zhì)波也是_。,概率波,大,小,概率波,不確定,波動(dòng),概率波,1.概念 在經(jīng)典力學(xué)中，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位置和動(dòng)量是可以同時(shí)_的，在量子理論建立之后，要同時(shí)測(cè)出微觀粒子的_和_，是不太可能的。我們把這種關(guān)系叫做不確定性關(guān)系。,不確定性關(guān)系,精確測(cè)定,位置,動(dòng)量,一、對(duì)概率波的理解 1單個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)的偶然性 我們可以知道粒子落在某點(diǎn)的概率，但不能預(yù)言粒子落在什么位置，即粒子到達(dá)什么位置是隨機(jī)的，是預(yù)先不確定的。 2大量粒子運(yùn)動(dòng)的必然性 由波動(dòng)規(guī)律，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，因此我們可以對(duì)宏觀現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)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(shí)物粒子，體現(xiàn)了粒子性的一面；同時(shí)粒子在某一位置出現(xiàn)的概率受波動(dòng)規(guī)律支配，體現(xiàn)了波動(dòng)性的一面，所以說(shuō)，概率波將波動(dòng)性和粒子性統(tǒng)一在一起。,特別提醒： 在雙縫干涉和單縫衍射的暗紋處也有光子到達(dá)，只是光子數(shù)“特別少”。,用極微弱的可見(jiàn)光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，隨著時(shí)間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖(a)、(b)、(c)所示的圖象，則( ) A圖象(a)表明光具有粒子性 B圖象(c)表明光具有波動(dòng)性 C用紫外光觀察不到類似的圖象 D實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波,答案：ABD 解析：圖象(a)曝光時(shí)間短，通過(guò)的光子數(shù)很少，呈現(xiàn)粒子性，A正確。圖象(c)曝光時(shí)間長(zhǎng)，通過(guò)了大量光子，呈現(xiàn)波動(dòng)性，B正確。該實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波，D正確。紫外線本質(zhì)和可見(jiàn)光本質(zhì)相同，也可以發(fā)生上述現(xiàn)象，C錯(cuò)誤。,二、對(duì)不確定性關(guān)系的理解 1粒子位置的不確定性 單縫衍射現(xiàn)象中，入射的粒子有確定的動(dòng)量，但它們可以處于擋板左側(cè)的任何位置，也就是說(shuō)，粒子在擋板左側(cè)的位置是完全不確定的。 2粒子動(dòng)量的不確定性 (1)微觀粒子具有波動(dòng)性，會(huì)發(fā)生衍射。大部分粒子到達(dá)狹縫之前沿水平方向運(yùn)動(dòng)，而在經(jīng)過(guò)狹縫之后，有些粒子跑到投影位置以外。這些粒子具有與其原來(lái)運(yùn)動(dòng)方向垂直的動(dòng)量。 (2)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央亮條紋的寬度來(lái)衡量。,5經(jīng)典物理和微觀物理的區(qū)別 (1)在經(jīng)典物理學(xué)中，可以同時(shí)用位置和動(dòng)量精確地描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，如果知道質(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。 (2)在微觀物理學(xué)中，不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動(dòng)量。因而也就不可能用“軌跡”來(lái)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。,在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮紋的光強(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(guò)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,對(duì)光波是概率波的理解,解析：根據(jù)光的概率波的概念，對(duì)于一個(gè)光子通過(guò)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(dá)95%以上。當(dāng)然也可落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，不過(guò)，落在暗紋處的概率很小，故C、D選項(xiàng)正確。 答案：CD 點(diǎn)評(píng)：(1)概率大小只表明事件發(fā)生的可能性，實(shí)際情況如何，則不確定。 (2)大量光子的行為易表現(xiàn)出光的波動(dòng)性，少量光子的行為易表現(xiàn)出粒子性。,如圖所示是一個(gè)粒子源，產(chǎn)生某種粒子，在其正前方安裝只有兩條狹縫的擋板，粒子穿過(guò)狹縫打在前方的熒光屏上使熒光屏發(fā)光。那么在熒光屏上將看到( ) A只有兩條亮紋 B有多條明暗相間的條紋 C沒(méi)有條紋 D只有一條亮紋,答案：B 解析：由于粒子源產(chǎn)生的粒子是微觀粒子，它的運(yùn)動(dòng)受波動(dòng)性支配，對(duì)大量粒子運(yùn)動(dòng)到達(dá)屏上某點(diǎn)的概率，可以用波的特征進(jìn)行描述，即產(chǎn)生雙縫干涉，在屏上將看到干涉條紋，所以選項(xiàng)B正確。,對(duì)不確定性關(guān)系的理解與應(yīng)用,答案：AD 解析：不確定性關(guān)系表明無(wú)論采用什么方法試圖確定坐標(biāo)和相應(yīng)動(dòng)量中的一個(gè)，必然引起另一個(gè)較大的不確定性，這樣的結(jié)果與測(cè)量?jī)x器及測(cè)量方法是否完備無(wú)關(guān)。無(wú)論怎樣改善測(cè)量?jī)x器和測(cè)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。,