高中物理 第17章 第4、5節(jié) 概率波 不確定性關(guān)系課件 新人教版選修3-5.ppt

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第十七章波粒二象性 第4節(jié)概率波第5節(jié)不確定性關(guān)系 欄目鏈接 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解經(jīng)典粒子和波的模型 2 了解概率波的內(nèi)容 3 通過分析實(shí)驗(yàn) 體會微觀粒子波粒二象性模型的建立過程 4 初步了解不確定性關(guān)系的內(nèi)容 感受數(shù)學(xué)工具在物理發(fā)展過程中的作用 5 了解模型在物理學(xué)發(fā)展中的重要作用及其局限性 體會人類對自然界的探究是不斷深入的 欄目鏈接 1 經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波 1 經(jīng)典粒子有一定的質(zhì)量和空間大小 遵循牛頓第二定律 在任意時(shí)刻有確定的位置和速度 在時(shí)空中有確定的軌道 2 經(jīng)典波 在空間是散開的 具有確定的頻率和波長 具有時(shí)空的周期性 欄目鏈接 2 概率波 1 概率波 在雙縫干涉圖樣中 條紋的明暗表示到達(dá)屏上光子數(shù)目的不同 對于某個(gè)光子不能確定落在哪一點(diǎn) 即光子落在各點(diǎn)的概率是不一樣的 但光子落在明條紋處的概率大 落在暗條紋處的概率小 光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動(dòng)的規(guī)律確定 像這樣的波就是概率波 2 物質(zhì)波也是概率波 電子和其他微觀粒子 同樣具有波粒二象性 所以與它們相聯(lián)系的物質(zhì)波也是概率波 注 德布羅意波也是概率波 雙縫干涉圖樣中的明紋處是電子落點(diǎn)概率大的地方 暗紋處是電子落點(diǎn)概率小的地方 但概率的大小受波動(dòng)規(guī)律的支配 欄目鏈接 嘗試應(yīng)用1 在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí) 發(fā)現(xiàn)100個(gè)光子中有96個(gè)通過雙縫后打到了觀察屏上的b處 則b處可能是 A A 亮紋B 暗紋C 既有可能是亮紋也有可能是暗紋D 以上各種情況均有可能解析 按波的概率分布的特點(diǎn)去判斷 由于大部分光子都落在b點(diǎn) 故b處一定是亮紋 選項(xiàng)A正確 欄目鏈接 1 粒子位置的不確定性 在單縫衍射現(xiàn)象中 入射的粒子有確定的動(dòng)量 但它們可以處于擋板的任何位置 也就是說 粒子在擋板上的位置是完全不確定的 2 粒子動(dòng)量的不確定性 微觀粒子具有波動(dòng)性 會發(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方向垂直的動(dòng)量 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衡量 嘗試應(yīng)用2 多選 由不確定性關(guān)系可以得出的結(jié)論是 BC A 如果動(dòng)量的不確定范圍越小 則與它對應(yīng)位置坐標(biāo)的不確定范圍也越小B 如果位置坐標(biāo)的不確定范圍越小 則動(dòng)量的不確定范圍就越大C 動(dòng)量和位置坐標(biāo)的不確定范圍之間的關(guān)系不是反比例函數(shù)D 動(dòng)量和位置坐標(biāo)的不確定范圍之間有唯一的確定關(guān)系 解析 從微觀不確定性關(guān)系入手根據(jù) x與 p的相互關(guān)系做出選擇 如果要準(zhǔn)確地確定粒子的位置 即 x更小 那么動(dòng)量的測量一定會更不準(zhǔn)確 即 p更大 也就是說 不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動(dòng)量 故BC正確 多選 用極微弱的可見光做雙縫干涉實(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 審題指導(dǎo) 概率波 指空間中某點(diǎn)某時(shí)刻可能出現(xiàn)的幾率 其中概率的大小受波動(dòng)規(guī)律的支配 一切運(yùn)動(dòng)的物體才有物質(zhì)波 因?yàn)閱蝹€(gè)光子所能到達(dá)的位置不能確定 即每次只照亮一個(gè)位置 這表明光是一份一份傳播的 說明光具有粒子性 單個(gè)光子所到達(dá)哪個(gè)位置是個(gè)概率問題 大量光子卻表現(xiàn)出波動(dòng)性 即光子到達(dá)哪個(gè)位置是一個(gè)概率問題 故此實(shí)驗(yàn)表明了光是一種概率波 解析 圖象 a 以一個(gè)個(gè)的亮點(diǎn) 即每次只照亮一個(gè)位置 這表明光是一份一份傳播的 說明光具有粒子性 故A正確 圖象 c 有明顯的明暗相間的干涉條紋 而干涉是波特有的性質(zhì) 故表明光具有波動(dòng)性 故B正確 因?yàn)樽贤夤馐遣豢梢姽?所以直接用眼睛觀察不到類似的圖象 但是用感光膠片就能觀察到類似現(xiàn)象 故C錯(cuò)誤 因?yàn)閱蝹€(gè)光子所能到達(dá)的位置不能確定 但大量光子卻表現(xiàn)出波動(dòng)性 即光子到達(dá)哪個(gè)位置是一個(gè)概率問題 故此實(shí)驗(yàn)表明了光是一種概率波 故D正確 答案 ABD 變式訓(xùn)練1 下列關(guān)于概率波的說法中 正確的是 B A 概率波就是機(jī)械波B 物質(zhì)波是一種概率波C 概率波和機(jī)械波的本質(zhì)是一樣的 都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象D 在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中 若有一個(gè)粒子 則它只能從其中一個(gè)縫中穿過 欄目鏈接 解析 概率波具有波粒二象性 因此 概率波不是機(jī)械波 A錯(cuò) 對于電子和其他微觀粒子 由于同樣具有波粒二象性 所以與它們相聯(lián)系的物質(zhì)波也是概率波 B正確 概率波和機(jī)械波都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象 但它們的本質(zhì)不一樣 C錯(cuò) 在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中 若有一個(gè)粒子 則它從兩個(gè)縫穿過的概率是一樣的 D錯(cuò)