（新課標）2018-2019學年高考物理 主題三 原子與原子核 3.1 波粒二象性 3.1.3-3.1.5 粒子的波動性 概率波 不確定性關系課件 新人教版選修3-5.ppt

3.1.3粒子的波動性 3.1.4概率波 3.1.5不確定性關系,一、光的波粒二象性 1.19世紀初托馬斯楊、菲涅耳、馬呂斯等分別觀察到了光的、和偏振現(xiàn)象。 2.19世紀60年代和80年代，麥克斯韋和赫茲先后從理論上和實驗上確認了光的_本質。 3.光電效應和康普頓效應揭示了光的。,干涉,衍射,電磁波,粒子性,4.,波動性,衍射,粒子性,光電效應,波動性,粒子性,波粒,二象性,5.光子的能量和動量 (1)能量： 。 (2)動量：p 。 6.意義：能量和動量p是描述物質的 性的重要物理量；波長和頻率是描述物 質的 性的典型物理量。因此 和p 揭示了光的粒子性和波動性之間的密切關系。,h,粒子,波動,h,思考判斷,(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說明光具有波動性。() (2)光子數(shù)量越大，其粒子性越明顯。() (3)光具有粒子性，但光子又不同于宏觀觀念的粒子。() 答案(1)(2)(3),二、粒子的波動性及實驗驗證 1.粒子的波動性 (1)德布羅意波：每一個 的粒子都與一個對應的波相聯(lián)系，這種與_相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫。 (2)物質波的波長：。 (3)物質波的頻率：。,運動,實物粒子,物質波,2.物質波的實驗驗證,干涉,干涉,電子束,電子,電子,波動性,思考判斷,(1)一切宏觀物體的運動都伴隨一種波，即物質波。() (2)湖面上的水波就是物質波。() (3)電子的衍射現(xiàn)象證實了實物粒子具有波動性。() 答案(1)(2)(3),三、經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波 1.經(jīng)典粒子 (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 。 2.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 。,空間大小,質量,電荷,牛頓運動定律,速度,軌道,彌散開來,頻率,波長,周期性,思考判斷,(1)經(jīng)典的粒子的運動適用牛頓第二定律。() (2)經(jīng)典的波在空間傳播具有周期性。() (3)經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波研究對象相同。() 答案(1)(2)(3),四、概率波 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，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 的，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果，所以物質波也是概率波。,相互作用,固有,不確定,波動,思考判斷,(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明紋處的概率大些。() (3)電子通過狹縫后運動的軌跡是確定的。() 答案(1)(2)(3),不確定性,xp,思維拓展,對微觀粒子的運動分析能不能用“軌跡”來描述？ 答案微觀粒子的運動遵循不確定關系，也就是說，要準確確定粒子的位置，動量(或速度)的不確定量就更大；反之，要準確確定粒子的動量(或速度)，位置的不確定量就更大，也就是說不可能同時準確地知道粒子的位置和動量。因而不可能用“軌跡”來描述粒子的運動。,光的波粒二象性的理解,1.大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動性；個別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性。 2.光子和電子、質子等實物粒子一樣，具有能量和動量。和其他物質相互作用時，粒子性起主導作用；在光的傳播過程中，光子在空間各點出現(xiàn)的可能性的大小(概率)，由波動性起主導作用，因此稱光波為概率波。 3.頻率低、波長長的光，波動性特征顯著，而頻率高、波長短的光，粒子性特征顯著。 4.光子的能量與其對應的頻率成正比，而頻率是描述波動性特征的物理量，因此h揭示了光的粒子性和波動性之間的密切聯(lián)系。,要點歸納,例1 下列有關光的波粒二象性的說法中，正確的是(),A.有的光是波，有的光是粒子 B.光子與電子是同樣的一種粒子 C.光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著 D.大量光子的行為往往顯示出粒子性 審題指導(1)在宏觀現(xiàn)象中，波與粒子是對立的概念，而在微觀世界中，波與粒子可以統(tǒng)一。 (2)光具有波粒二象性是指光在傳播過程中和其他物質作用時分別表現(xiàn)出波和粒子的特性。,精典示例,解析一切光都具有波粒二象性，光的有些行為(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動性，有些行為(如光電效應)表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說有的光是波，有的光是粒子。雖然光子與電子都是微觀粒子，都具有波粒二象性，但電子是實物粒子，有靜止質量，光子不是實物粒子，沒有靜止質量，電子是以實物形式存在的物質，光子是以場形式存在的物質，所以，不能說光子與電子是同樣的一種粒子。光的波粒二象性的理論和實驗表明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性。光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著，光的波長越短，其光子能量越大，個別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應，所以其粒子性就很顯著，故選項C正確，A、B、D錯誤。 答案C,針對訓練1 (多選)人類對光的本性的認識經(jīng)歷了曲折的過程。下列關于光的本性的陳述符合科學規(guī)律或歷史事實的是(),A.牛頓的“微粒說”與愛因斯坦的“光子說”本質上是一樣的 B.光的雙縫干涉實驗顯示了光具有波動性 C.麥克斯韋預言了光是一種電磁波 D.光具有波粒二象性,解析牛頓的“微粒說”認為光是一種物質微粒，愛因斯坦的“光子說”認為光是一份一份不連續(xù)的能量，顯然選項A錯誤；干涉、衍射是波的特性，光能發(fā)生干涉說明光具有波動性，選項B正確；麥克斯韋根據(jù)光的傳播不需要介質以及電磁波在真空中的傳播速度與光速近似相等，從而認為光是一種電磁波，后來赫茲用實驗證實了光的電磁說，選項C正確；光具有波動性與粒子性，稱為光的波粒二象性，選項D正確。 答案BCD,對物質波的理解,1.任何物體，小到電子、質子，大到行星、太陽都存在波動性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性，是因為宏觀物體對應的波長太小。 2.物質波是一種概率波，粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受波動規(guī)律支配，不能以宏觀觀點中的波來理解德布羅意波。 3.德布羅意假說是光子的波粒二象性的一種推廣，使之包括了所有的物質粒子，即光子與實物粒子都具有粒子性，又都具有波動性，與光子對應的波是電磁波，與實物粒子對應的波是物質波。,要點歸納,精典示例,答案AC,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。,對概率波的理解,要點歸納,例3 關于電子的運動規(guī)律，以下說法正確的是(),A.電子如果不表現(xiàn)波動性，則無法用軌跡來描述它們的運動，其規(guī)律遵循牛頓定律 B.電子如果不表現(xiàn)波動性，則可以用軌跡來描述它們的運動，其規(guī)律遵循波動規(guī)律 C.電子如果表現(xiàn)波動性，則無法用軌跡來描述它們的運動，空間分布的概率遵循波動規(guī)律 D.電子如果表現(xiàn)波動性，則可以用軌跡來描述它們的運動，其規(guī)律遵循牛頓定律 審題指導(1)電子無論是表現(xiàn)出波動性還是表現(xiàn)出粒子性，都與經(jīng)典的波和經(jīng)典的粒子不同，沒有確定的軌跡，不遵循牛頓運動定律。 (2)只能確定電子在某點附近出現(xiàn)的概率，且概率的空間分布情況遵循波動規(guī)律。,精典示例,解析電子的運動屬于概率波，少量電子表現(xiàn)出粒子性，不遵循牛頓運動定律，無法用軌跡描述其運動，選項A、B錯誤；大量電子表現(xiàn)出波動性，無法用軌跡描述其運動，可確定電子在某點附近出現(xiàn)的概率，且概率波遵循波動規(guī)律，選項C正確，D錯誤。 答案C,針對訓練3 (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)在只讓一個光子能通過單縫，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，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，故只有選項C、D正確。 答案CD,1.單縫衍射現(xiàn)象中，粒子在擋板左側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。,對不確定性關系的理解,要點歸納,4.不確定性關系告訴我們，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“軌跡”來描述粒子的運動。,A.微觀粒子的動量不可能確定 B.微觀粒子的坐標不可能確定 C.微觀粒子的動量和坐標不可能同時確定 D.不確定性關系不僅適用于電子和光子等微觀粒子，也適用于其他宏觀粒子,精典示例,答案CD,A.采取辦法提高測量x精度時，p的精度下降 B.采取辦法提高測量x精度時，p的精度上升 C.x與p測量精度與測量儀器及測量方法是否完備有關 D.x與p測量精度與測量儀器及測量方法是否完備無關 解析不確定性關系表明，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，這樣的結果與測量儀器及測量方法是否完備無關，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系所給出的限度。故選項A、D正確。 答案AD,