高中物理第十七章波粒二象性第四五节概率波不确定性关系课件新人教版选修3-.ppt

第十七章波粒二象性波粒二象性第四节概率波第四节概率波第五节不确定性关系第五节不确定性关系【素养目标定位素养目标定位】了解了解经经典的粒子和典的粒子和经经典的波的基本特征典的波的基本特征知道光波和物知道光波和物质质波都是概率波波都是概率波了解了解“不确定性关系不确定性关系”的具体含的具体含义义【素养思维脉络素养思维脉络】课前预习反馈课前预习反馈经典的粒子和经典的波经典的粒子和经典的波1经典的粒子经典的粒子在在经经典典物物理理学学的的概概念念中中，粒粒子子有有一一定定的的_大大小小，有有一一定定的的_，有有的的还还有有电电荷荷。其其运运动动的的基基本本特特征征是是：任任意意时时刻刻有有确确定定_和和_以及在空间的确定以及在空间的确定_。2经典的波经典的波经经典典的的波波在在空空间间中中是是弥弥散散开开来来的的，其其特特征征是是具具有有_和和_，也也就是具有就是具有_的周期性。的周期性。空间空间知识点知识点 1质量质量位置位置速度速度轨道轨道频率频率波长波长时空时空概率波概率波1光波是概率波光波是概率波光光子子落落在在各各点点的的概概率率是是不不一一样样的的，即即光光子子落落在在明明纹纹处处的的概概率率_，落落在在暗暗纹纹处处的的概概率率_。这这就就是是说说，光光子子在在空空间间出出现现的的概概率率可可以以通通过过波波动动的的规规律律确定。所以，从光子的概念上看，光波是一种确定。所以，从光子的概念上看，光波是一种_。2物质波也是概率波物质波也是概率波对对于于电电子子和和其其他他微微观观粒粒子子，单单个个粒粒子子的的位位置置是是_的的，但但在在某某点点附附近近出出现现的的概概率率的的大大小小可可以以由由_的的规规律律确确定定。对对于于大大量量粒粒子子，这这种种概概率率分分布导致确定的宏观结果，所以物质波也是布导致确定的宏观结果，所以物质波也是_。大大知识点知识点 2小小概率波概率波不确定不确定波动波动概率波概率波不确定性关系不确定性关系1概念概念在在经经典典力力学学中中，一一个个质质点点的的位位置置和和动动量量是是可可以以同同时时_的的，在在量量子子理理论论建建立立之之后后，要要同同时时测测出出微微观观粒粒子子的的_和和_是是不不太太可可能能的的。我们把这种关系叫做不确定性关系。我们把这种关系叫做不确定性关系。2表达式表达式利利用用数数学学方方法法对对微微观观粒粒子子的的运运动动进进行行分分析析可可以以知知道道，如如果果以以x表表示示粒粒子子位位置的不确定量，以置的不确定量，以p表示粒子在表示粒子在x方向上的动量的不确定量，那么方向上的动量的不确定量，那么xp_式中式中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。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。精确测定精确测定知识点知识点 3位置位置动量动量判一判判一判(1)经典的粒子的运动适用牛顿第二定律。经典的粒子的运动适用牛顿第二定律。()(2)经典的波在空间传播具有周期性。经典的波在空间传播具有周期性。()(3)经典的粒子和经典的波研究对象相同。经典的粒子和经典的波研究对象相同。()(4)光子通过狭缝后落在屏上的位置是可以确定的。光子通过狭缝后落在屏上的位置是可以确定的。()(5)光子通过狭缝后落在屏上明纹处的概率大些。光子通过狭缝后落在屏上明纹处的概率大些。()(6)电子通过狭缝后运动的轨迹是确定的。电子通过狭缝后运动的轨迹是确定的。()思考辨析思考辨析CD想一想想一想在在双双缝缝干干涉涉实实验验中中，某某光光子子打打在在光光屏屏上上的的落落点点能能预预测测吗吗？大大量量的的光光子子打打在在光屏上的落点是否有规律？请用概率波的观点解释双缝干涉图样的形成。光屏上的落点是否有规律？请用概率波的观点解释双缝干涉图样的形成。答答案案：在在光光的的双双缝缝干干涉涉实实验验中中，某某个个光光子子打打在在光光屏屏上上的的落落点点根根本本不不能能预预测测，但但大大量量光光子子打打在在光光屏屏上上将将形形成成明明暗暗相相间间的的干干涉涉条条纹纹，这这说说明明光光子子落落在在各各点点的的概概率率是是不不一一样样的的，光光子子落落在在明明条条纹纹处处的的概概率率大大，落落在在暗暗条条纹纹处处的的概概率率小小，光光子子在在空间出现的概率遵循波动规律，所以光波是一种概率波。空间出现的概率遵循波动规律，所以光波是一种概率波。课内互动探究课内互动探究对概率波的理解对概率波的理解如图所示是双缝干涉的图样，我们如何用光的波粒二象性来解释呢？如图所示是双缝干涉的图样，我们如何用光的波粒二象性来解释呢？探究探究 一一 思考讨论思考讨论 1提提示示：图图a中中表表示示曝曝光光时时间间很很短短的的情情况况，在在胶胶片片上上出出现现的的是是随随机机分分布布的的光光点点。延延长长胶胶片片曝曝光光的的时时间间，就就会会出出现现如如图图b所所示示的的图图样样。从从图图中中可可以以看看出出，光光子子在在某某些些条条形形区区域域出出现现的的概概率率增增大大，这这些些区区域域是是光光波波通通过过双双缝缝后后产产生生相相干干振振动动加加强强的的区区域域；而而落落在在其其他他一一些些条条形形区区域域的的概概率率很很小小，这这些些区区域域是是光光波波通通过过双双缝缝后后产产生生相相干干振振动动减减弱弱的的区区域域。曝曝光光的的时时间间越越长长，图图样样就就越越清清晰晰(如如c图图所所示示)，这这说说明明，可可以以用用光光子子在在空空间间各各点点出出现现的的概概率率，来来解解释释光光的的干干涉涉图图样样，即即认认为为光光是是一一种种概概率波。率波。1单个粒子运动的偶然性单个粒子运动的偶然性我我们们可可以以知知道道粒粒子子落落在在某某点点的的概概率率，但但不不能能预预言言粒粒子子落落在在什什么么位位置置，即即粒粒子到达什么位置是随机的，是预先不确定的。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大量粒子运动的必然性由由波波动动规规律律，我我们们可可以以准准确确地地知知道道，大大量量粒粒子子运运动动时时的的统统计计规规律律，因因此此我我们可以对宏观现象进行预言。们可以对宏观现象进行预言。归纳总结归纳总结3概率波体现了波粒二象性的和谐统一概率波体现了波粒二象性的和谐统一概概率率波波的的主主体体是是光光子子、实实物物粒粒子子，体体现现了了粒粒子子性性的的一一面面；同同时时粒粒子子在在某某一一位位置置出出现现的的概概率率受受波波动动规规律律支支配配，体体现现了了波波动动性性的的一一面面，所所以以说说，概概率率波波将将波波动性和粒子性统一在一起。动性和粒子性统一在一起。(1)在在双双缝缝干干涉涉和和单单缝缝衍衍射射的的暗暗纹纹处处也也有有光光子子到到达达，只只是是光光子子数数“特特别别少少”。(2)要理解统计规律，对统计规律的认识是理解概率波的前提。要理解统计规律，对统计规律的认识是理解概率波的前提。特别提醒特别提醒(多多选选)(2020吉吉林林省省实实验验中中学学高高二二下下学学期期期期中中)在在单单缝缝衍衍射射实实验验中中，中中央央亮亮纹纹的的光光强强占占从从单单缝缝射射入入的的整整个个光光强强的的95%以以上上；假假设设现现在在只只让让一一个个光光子子通通过单缝，那么该光子过单缝，那么该光子()A一定落在中央亮纹处一定落在中央亮纹处B一定落在亮纹处一定落在亮纹处C可能落在暗纹处可能落在暗纹处D落在中央亮纹处的可能性最大落在中央亮纹处的可能性最大解解题题指指导导：(1)概概率率大大小小只只表表明明事事件件发发生生的的可可能能性性，实实际际情情况况如如何何，则则不不确确定。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。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。CD典例典例 1典例剖析典例剖析解解析析：根根据据光光的的概概率率波波的的概概念念，对对于于一一个个光光子子通通过过单单缝缝落落在在何何处处，是是不不可可确确定定的的，但但概概率率最最大大的的是是落落在在中中央央亮亮纹纹处处，可可达达95%以以上上。当当然然也也可可落落在在其其他他亮亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故纹处，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。选项正确。1下列说法正确的是下列说法正确的是()A概率波就是机械波概率波就是机械波B物质波是一种概率波物质波是一种概率波C概率波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象概率波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象D在在光光的的双双缝缝干干涉涉实实验验中中，若若有有一一个个光光子子，则则能能确确定定这这个个光光子子落落在在哪哪个个点点上上解解析析：概概率率波波与与机机械械波波是是两两个个概概念念，本本质质不不同同；物物质质波波是是一一种种概概率率波波，符符合合概概率率波波的的特特点点；光光的的双双缝缝干干涉涉实实验验中中，若若有有一一个个光光子子，这这个个光光子子的的落落点点是是不不确定的，但有概率较大的位置。故确定的，但有概率较大的位置。故B正确。正确。B对点训练对点训练对不确定性关系的理解对不确定性关系的理解对微观粒子的分析能不能用对微观粒子的分析能不能用“轨迹轨迹”来描述呢？来描述呢？提提示示：微微观观粒粒子子的的运运动动遵遵循循不不确确定定关关系系，也也就就是是说说，要要准准确确确确定定粒粒子子的的位位置置，动动量量(或或速速度度)的的不不确确定定量量就就更更大大；反反之之，要要准准确确确确定定粒粒子子的的动动量量(或或速速度度)，位位置置的的不不确确定定量量就就更更大大，也也就就是是说说不不可可能能同同时时准准确确地地知知道道粒粒子子的的位位置置和和动动量量。因而不可能用因而不可能用“轨迹轨迹”来描述粒子的运动。来描述粒子的运动。探究探究 二二 思考讨论思考讨论 21粒子位置的不确定性粒子位置的不确定性单单缝缝衍衍射射现现象象中中，入入射射的的粒粒子子有有确确定定的的动动量量，但但它它们们可可以以处处于于挡挡板板左左侧侧的的任何位置，也就是说，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的。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粒子动量的不确定性(1)微微观观粒粒子子具具有有波波动动性性，会会发发生生衍衍射射。大大部部分分粒粒子子到到达达狭狭缝缝之之前前沿沿水水平平方方向向运运动动，而而在在经经过过狭狭缝缝之之后后，有有些些粒粒子子跑跑到到投投影影位位置置以以外外。这这些些粒粒子子具具有有与与其其原来运动方向垂直的动量。原来运动方向垂直的动量。(2)由由于于哪哪个个粒粒子子到到达达屏屏上上的的哪哪个个位位置置是是完完全全随随机机的的，所所以以粒粒子子在在垂垂直直方方向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。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。归纳总结归纳总结5经典物理和微观物理的区别经典物理和微观物理的区别(1)在在经经典典物物理理学学中中，可可以以同同时时用用位位置置和和动动量量精精确确地地描描述述质质点点的的运运动动，如如果果知知道道质质点点的的加加速速度度，还还可可以以预预言言质质点点在在以以后后任任意意时时刻刻的的位位置置和和动动量量，从从而而描描绘绘它的运动轨迹。它的运动轨迹。(2)在在微微观观物物理理学学中中，不不可可能能同同时时准准确确地地知知道道粒粒子子的的位位置置和和动动量量。因因而而也也就就不不可可能能用用“轨轨迹迹”来来描描述述粒粒子子的的运运动动。但但是是，我我们们可可以以准准确确地地知知道道大大量量粒粒子子运运动时的统计规律。动时的统计规律。典例典例 2典例剖析典例剖析答案：答案：(1)5.31029 m/s(2)5.89105 m/s2(多多选选)光光通通过过单单缝缝所所发发生生的的现现象象，用用位位置置和和动动量量的的不不确确定定关关系系的的观观点点加加以解释，正确的是以解释，正确的是()A单单缝缝越越宽宽，光光沿沿直直线线传传播播，是是因因为为单单缝缝越越宽宽，位位置置不不确确定定量量x越越大大，动动量不确定量量不确定量p越大的缘故越大的缘故B单单缝缝越越宽宽，光光沿沿直直线线传传播播，是是因因为为单单缝缝越越宽宽，位位置置不不确确定定量量x越越大大，动动量不确定量量不确定量p越小的缘故越小的缘故C单单缝缝越越窄窄，中中央央亮亮纹纹越越宽宽，是是因因为为单单缝缝越越窄窄，位位置置不不确确定定量量x越越小小，动动量不确定量量不确定量p越小的缘故越小的缘故D单单缝缝越越窄窄，中中央央亮亮纹纹越越宽宽，是是因因为为单单缝缝越越窄窄，位位置置不不确确定定量量x越越小小，动动量不确定量量不确定量p越大的缘故越大的缘故BD对点训练对点训练核心素养提升核心素养提升(多选多选)以下说法正确的是以下说法正确的是()A微观粒子不能用微观粒子不能用“轨道轨道”观点来描述粒子的运动观点来描述粒子的运动B微观粒子用微观粒子用“轨道轨道”观点来描述粒子的运动观点来描述粒子的运动C微观粒子位置不能精确确定微观粒子位置不能精确确定D微观粒子位置能精确确定微观粒子位置能精确确定易错点：不能正确理解不确定性关系易错点：不能正确理解不确定性关系案案 例例AC易易错错分分析析：受受经经典典力力学学规规律律的的影影响响，没没有有正正确确理理解解不不确确定定性性关关系系。因因为为在在经经典典力力学学概概念念中中，一一个个粒粒子子的的位位置置和和动动量量是是可可以以同同时时精精确确测测定定的的，因因而而错错选选B、D。正正确确解解答答：微微观观粒粒子子的的动动量量和和位位置置是是不不能能同同时时确确定定的的，这这也也就就决决定定了了不不能能用用“轨轨道道”的的观观点点来来描描述述粒粒子子的的运运动动，故故A项项正正确确。由由微微观观粒粒子子的的波波粒粒二二象象性性可可知微观粒子的位置不能精确确定，故知微观粒子的位置不能精确确定，故C项正确。项正确。谢谢观赏勤能补拙，学有成就！2024/4/6 周六32