1、成才之路 物理路漫漫其修远兮 吾将上下而求索人教版 选修3-5 第十七章 波粒二象性成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 波粒二象性 第十七章 第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 第四节 概率波第五节 不确定性关系第十七章 第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 学习目标定位 1课堂情景切入 2知识自主梳理 3重点难点突破 4考点题型设计 5课 时 作 业 6第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 学习目标定位第十七章 第四节 第五节成才之路 高
2、中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 了解经典的粒子和经典的波的基本特征知道光波和物质波都是概率波了解“不确定性关系”的具体含义第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 课堂情景切入第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 如图所示是70000多个电子通过双缝后的干涉图样，人们能准确预知单个电子的运动情况吗？电子出现的位置是否有规律可循呢？第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 知识自主梳理第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3
3、-5 1.经典的粒子在经典物理学的概念中，粒子有一定的_大小，有一定的_，有的还有电荷。其运动的基本特征是：任意时刻有确定_和_以及在空间的确定_。2经典的波经典的波在空间中是弥散开来的，其特征是具有_和_，也就是具有_的周期性。经典的粒子和经典的波空间质量位置速度轨道频率波长时空第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 1.光波是概率波光子落在各点的概率是不一样的，即光子落在明纹处的概率_，落在暗纹处的概率_。这就是说，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定。所以，从光子的概念上看，光波是一种_。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
4、位置是_的，但在某点附近出现的概率的大小可以由_的规律确定。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_。概率波大小概率波不确定波动概率波第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 1.概念在经典力学中，一个质点的位置和动量是可以同时_的，在量子理论建立之后，要同时测出微观粒子的_和_，是不太可能的。我们把这种关系叫做不确定性关系。不确定性关系精确测定位置动量第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 2表达式利用数学方法对微观粒子的运动进行分析可以知道，如果以 x 表示粒子位置的不确定量，以 p 表
5、示粒子在 x 方向上的动量的不确定量，那么xp_式中 h 是普朗克常量。这就是著名的不确定性关系，简称不确定关系。h4第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 重点难点突破第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 一、对概率波的理解1单个粒子运动的偶然性我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不确定的。2大量粒子运动的必然性由波动规律，我们可以准确地知道，大量粒子运动时的统计规律，因此我们可以对宏观现象进行预言。3概率波体现了波粒二象性的和谐统一概率波的主体是光
6、子、实物粒子，体现了粒子性的一面；同时粒子在某一位置出现的概率受波动规律支配，体现了波动性的一面，所以说，概率波将波动性和粒子性统一在一起。第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 特别提醒：在双缝干涉和单缝衍射的暗纹处也有光子到达，只是光子数“特别少”。第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 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()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第十七章
7、 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 答案：ABD解析：图象(a)曝光时间短，通过的光子数很少，呈现粒子性，A正确。图象(c)曝光时间长，通过了大量光子，呈现波动性，B正确。该实验表明光是一种概率波，D正确。紫外线本质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，C错误。第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 二、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。2粒子动量的不确定性(1)微观粒子具有波动性，会发生衍
8、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，有些粒子跑到投影位置以外。这些粒子具有与其原来运动方向垂直的动量。(2)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。第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 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，要准确地确定粒子的位置，动量的不确定性就更大；反之，要准确地确定粒子的动量，那么位置的不确定性就更大。4微观粒子的运动没有特定的轨道由不确定性关系 xp h4可知，微观粒子的位置和动
9、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。第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 5经典物理和微观物理的区别(1)在经典物理学中，可以同时用位置和动量精确地描述质点的运动，如果知道质点的加速度，还可以预言质点在以后任意时刻的位置和动量，从而描绘它的运动轨迹。(2)在微观物理学中，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量。因而也就不可能用“轨迹”来描述粒子的运动。但是，我们可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律。第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 关于不确定性关系 xp h4有以下几
10、种理解，其中正确的是()A微观粒子的动能不可能确定B微观粒子的坐标不可能确定C微观粒子的动量和坐标不可能同时确定D不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观粒子答案：CD第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 解析：不确定性关系 xp h4表示确定位置、动量的精度互相制约，此长彼消，当粒子位置不确定性变小时，粒子动量的不确定性变大；当粒子位置不确定性变大时，粒子动量的不确定性变小。故不能同时准确确定粒子的动量和坐标。不确定性关系也适用于其他宏观粒子，不过这些不确定量微乎其微。点评：对微观领域里模型及规律的理解，不能持宏观、固有的传统模
11、式。第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 考点题型设计第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 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对光波是概率波的理解第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 解析：根据光的概率波的概念，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95%以上。当然也可
12、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选项正确。答案：CD点评：(1)概率大小只表明事件发生的可能性，实际情况如何，则不确定。(2)大量光子的行为易表现出光的波动性，少量光子的行为易表现出粒子性。第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 如图所示是一个粒子源，产生某种粒子，在其正前方安装只有两条狭缝的挡板，粒子穿过狭缝打在前方的荧光屏上使荧光屏发光。那么在荧光屏上将看到()A只有两条亮纹B有多条明暗相间的条纹C没有条纹D只有一条亮纹第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 答案：B解
13、析：由于粒子源产生的粒子是微观粒子，它的运动受波动性支配，对大量粒子运动到达屏上某点的概率，可以用波的特征进行描述，即产生双缝干涉，在屏上将看到干涉条纹，所以选项B正确。第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 对不确定性关系的理解与应用已知 h45.31035Js，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 m1.0kg，测定其位置的不确定量为 106m(2)电子的质量 m9.01031kg，测定其位置的不确定量为 1010m(即在原子的数量级)第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新
14、课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 解析：(1)m1.0kg，x106m，由 xp h4，pmv 知v1h4xm5.310351061.0 m/s5.31029m/s(2)me9.01031kg，x1010mv2h4xm5.3103510109.01031m/s5.89105m/s第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 点评：在宏观世界中物体的质量与微观世界中粒子的质量相比较，相差很多倍。根据计算的数据可以看出，宏观世界中的物体的质量较大，位置和速度的不确定量较小，可同时较精确地测出物体的位置和动量。在微观世界中粒子的质量较小，不能同时精确地测出
15、粒子的位置和动量，不能准确把握粒子的运动状态。第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 根据不确定性关系 xp h4，判断下列说法正确的是()A采取办法提高测量 x 精度时，p 的精度下降B采取办法提高测量 x 精度时，p 的精度上升Cx 与 p 测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关Dx 与 p 测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 答案：AD解析：不确定性关系表明无论采用什么方法试图确定坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关。无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定性关系所给出的限度，故A、D正确。第十七章 第四节 第五节成才之路 高中新课程 学习指导 人教版 物理 选修3-5 课 时 作 业（点此链接）
