1、物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练4概率波 5不确定性关系物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练学 基础导学物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练1 经典粒子：粒 子有 一定 的_，有一定的_，有的还具有电荷运动的基本特征是：在任意时刻有确定的_和速度，在空间中有确定的_一、经典粒子和经典的波2经典波：经典波在空间中是弥散开来的，基本特征是：具有_和_，即具有时空的_空间大小质量位置轨道频率波长周期性物理选修3-5第十七章 波
2、粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练1光波是一种概率波光的波动性不是光子之间相互作用的结果而是光子_的性质，光子在空间出现的概率可以通过_确定，所以，光波是一种概率波2物质波也是概率波对于电子和其他微观粒子，单个粒子的位置是_，但在某点出现的概率的大小可以由_确定而且，对于大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果，所以物质波也是概率波二、概率波固有波的规律不确定的波动的规律物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练1定义：在经典物理学中，一个质点的位置和动量是可以同时测定的，在微观物理学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的，这种关系叫_关系三、不确
3、定性关系不确定性2表达式：_，其中用x表示粒子位置的不确定量，用p表示在x方向上动量的不确定量，h是普朗克常量xp h4物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练3物理模型与物理现象建立模型是科学研究的需要模型的正确与否要看能否正确反映研究对象的客观规律对微观世界的属性，我们不能直接感知，建立的一些模型，如波粒二象性，只要它与实验结果一致，它就能够在一定范围内正确代表研究的对象物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练讲 要点例析物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练对概率波的理解1正确理解光的波动性光的干
4、涉现象不是光子之间的相互作用使它表现出波动性的，在双缝干涉实验中，使光源S非常弱，以致前一个光子到达屏后才发射第二个光子，这样就排除了光子之间的相互作用的可能性实验结果表明，尽管单个光子的落点不可预知，但长时间曝光之后仍然得到了干涉条纹分布可见，光的波动性不是光子之间的相互作用引起的物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练2光波是一种概率波在双缝干涉实验中，光子通过双缝后，对某一个光子而言，不能肯定它落在哪一点，但屏上各处明暗条纹的不同亮度，说明光子落在各处的可能性即概率是不相同的光子落在明条纹处的概率大，落在暗条纹处的概率小这就是说光子在空间出现的概率可以通过波
5、动的规律来确定，因此说光是一种概率波物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练3其他微观粒子的概率波对于电子、实物粒子等其他微观粒子，同样具有波粒二象性，所以与它们相联系的物质波也是概率波也就是说，单个粒子位置是不确定的，具有偶然性；大量粒子运动具有必然性，遵循统计规律概率波将波动性和粒子性统一在一起物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光流的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，
6、底片上就出现了规则的干涉条纹，对这个实验结果有下列认识，其中正确的是()A曝光时间不长时，光子的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子B单个光子的运动没有确定的轨道C干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D只有大量光子的行为才能表现出波动性物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练解析：光波是概率波，单个光子没有确定的轨道，其到达某点的概率受波动规律支配，少数光子落点不确定体现粒子性，大量光子的行为符合统计规律，受波动规律支配，才表现出波动性，出现干涉中的亮纹或暗纹，故A错误，B、D正确；干涉条纹中的亮纹处是光子到达机会多的地方，暗纹处是光子到达机
7、会少的地方，但也有光子到达，故C正确答案为B、C、D答案：BCD 物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练单个光子到达的位置是不确定的，大量光子遵从波动规律亮条纹处光子到达的概率大，暗条纹处光子到达的概率小物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练11 在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子()A一定落在中央亮纹处B一定落在亮纹处C可能落在暗纹处D落在中央亮纹处的可能性最大物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练解析：根据光的概率波的概念，
8、对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达到95%以上当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故C、D正确答案：CD物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练对不确定性关系的理解1粒子位置的不确定性单缝衍射现象中，入射的粒子有确定的动量，但它们可以处于挡板左侧的任何位置，也就是说，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练2粒子动量的不确定性微观粒子具有波动性，会发生衍射大部分粒子到达狭缝之前沿水平方向运动，而在经过狭缝之后，有些粒子跑到投
9、影位置以外这些粒子具有与其原来运动方向垂直的动量由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是完全随机的，所以粒子在垂直方向上的动量也具有不确定性，不确定量的大小可以由中央亮条纹的宽度来衡量物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练3位置和动量的不确定性关系：xp h4由 xp h4可以知道，在微观领域，要准确地测定粒子的位置，动量的不确定性就更大；反之，要准确确定粒子的动量，那么位置的不确定性就更大如将狭缝变成宽缝，粒子的动量能被精确测定(可认为此时不发生衍射)，但粒子通过缝的位置的不确定性却增大了；反之取狭缝 x0，粒子的位置测定精确了，但衍射范围会随 x 的减小而增大，这时
10、动量的测定就更加不准确了物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练4微观粒子的运动没有特定的轨道由不确定关系 xp h4可知，微观粒子的位置和动量是不能同时被确定的，这也就决定了不能用“轨迹”的观点来描述粒子的运动，因为“轨迹”对应的粒子某时刻应该有确定的位置和动量，但这是不符合实验规律的微观粒子的运动状态，不能像宏观物体的运动那样通过确定的轨迹来描述，而是只能通过概率波进行统计性的描述物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练5微观粒子和宏观物体的特性对比宏观物体微观粒子具有确定的坐标和动量，可用牛顿力学描述没有确定的坐标和动量，需用量
11、子力学描述有连续可测的运动轨迹，可追踪各个物体的运动轨迹有概率分布特性，不可能分辨出各个粒子的轨迹体系能量可以为任意的、连续变化的数值能量量子化不确定性关系无实际意义遵循不确定性关系物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练已知 h4531035 Js，试求下列情况中速度测定的不确定量，并根据计算结果，讨论在宏观和微观世界中进行测量的不同情况(1)一个球的质量 m10 kg，测定其位置的不确定量为106 m(2)电子的质量 me901031 kg，测定其位置的不确定量为 1010 m物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练解析：由 xp
12、 h4得：(1)球的速度测定的不确定量vh4xm5.310351.0106 m/s531029 m/s物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练(2)电子的速度测定的不确定量vh4xme5.310359.010311010 m/s59105 m/s球的速度不确定量在宏观世界中微不足道，可认为球的速度是确定的，其运动遵从经典物理学理论电子的速度不确定量不可忽略，不能认为原子中的电子具有确定的速度，其运动不能用经典物理学理论处理答案：(1)531029 m/s(2)59105 m/s物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练 不确定性关系不是
13、说微观粒子的坐标测不准，也不是说微观粒子的动量测不准，更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准，而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准 普朗克常量是不确定性关系中的重要角色，如果h的值可忽略不计，这时物体的位置、动量可同时有确定的值，如果h不能忽略，这时必须考虑微粒的波粒二象性h成为划分经典物理学和微观物理学的一个界线物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练21 关于不确定性关系 xp h4有以下几种理解，正确的是()A微观粒子的动量不可确定B微观粒子的位置不可确定C微观粒子的动量和位置不可同时确定D不确定关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于宏观物体物理选修3
14、-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练解析：本题主要考查不确定性关系 xp h4的理解，不确定性关系表示确定位置、动量的精度相互制约，此长彼消，当粒子的位置不确定性小时，粒子动量的不确定性更大；反之亦然故不能同时准确确定粒子的位置和动量，不确定性关系是自然界中的普遍规律，对微观世界的影响显著，对宏观世界的影响可忽略故 C、D 正确答案：CD物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练练 随堂演练物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练1用单色光做双缝干涉实验，P处为亮纹，Q处为暗纹，现在调整光源和双缝，使光子一个一个
15、通过双缝，则过去的某一光子()A一定到达P处 B不能到达Q处C可能到达Q处D都不正确解析：单个光子的运动路径是不可预测的，只知道落在P处的概率大，落在Q处的概率小，因此，一个光子从狭缝通过后可能落在P处，也可能落在Q处答案：C物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练2在光的双缝干涉实验中，在光屏上放上照相底片并设法减弱光子流的强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，在曝光时间不长和曝光时间足够长的两种情况下，其实验结果是()A若曝光时间不长，则底片上出现一些无规则的点B若曝光时间足够长，则底片上出现干涉条纹C这一实验结果证明了光具有波动性D这一实验结果否定了光具有粒
16、子性物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练解析：实验表明，大量光子的行为表现为波动性，个别光子的行为表现为粒子性上述实验表明光具有波粒二象性，故A、B、C正确，D错误答案：ABC物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练3下述说法正确的是()A宏观物体的动量和位置可准确测定B微观粒子的动量和位置可准确测定C微观粒子的动量和位置不可同时准确测定D宏观粒子的动量和位置不可同时准确测定解析：宏观物体在经典力学中，位置和动量可以同时精确测定，在量子理论建立以后，微观粒子的动量和位置要同时测出是不太可能的答案：AC物理选修3-5第十七章 波粒二
17、象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练4关于物质波下列说法中正确的是()A实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是相同本质的物体B物质波和光波都是概率波C粒子的动量越大，其波动性越易观察D粒子的动量越小，其波动性越易观察解析：实物粒子虽然与光子具有某些相同的现象，但粒子是实物，而光则是传播着的电磁波，其本质不同；物质波和光波都是概率波；又由h/p可知，p越小，越大，波动性越明显，正确选项为B、D答案：BD物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练5用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图象，则
18、()A图象(a)表明光具有粒子性B图象(c)表明光具有波动性C用紫外光观察不到类似的图象D实验表明光是一种概率波物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练解析：图象(a)曝光时间短，通过光子数很少，呈现粒子性图象(b)曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，故A、B正确；同时也表明光波是一种概率波，故D也正确；紫外光本质和可见光本质相同也可以发生上述现象，故C错误答案：ABD物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练61924年，法国物理学家德布罗意提出，任何一个运动着的物体都有一种波与它对应1927年，两位美国物理学家在实验中得到了电子
19、束通过铝箔时的衍射图案，如图所示图中，“亮圆”表示电子落在其上的_大，“暗圆”表示电子落在其上的_小答案：概率 概率物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练7已知电子的质量为 me911031 kg，h4531035 Js，测定电子速度的不确定量为 2106 m/s，求其位置测定的不确定量解析：由不确定性关系，xp h4；pmv 知，xh4mv5.310359.110312106 m291 m答案：29.1 m物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练8一电子具有200 m/s的速率，动量的不确定范围为动量的001%(这已经足够精确了)，则该电子的位置不确定范围有多大？解析：电子的动量为pmv9.11031200 kgm/s1.81028 kgm/s动量的不确定范围p0.01%p1.01041.81028 kgm/s1.81032 kgm/s物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练由不确定性关系式，得电子位置的不确定范围xh4p6.63103443.141.81032 m2.9103 m.答案：2.9103 m物理选修3-5第十七章 波粒二象性学 基础导学讲 要点例析练 随堂演练谢谢观看！