（新課標(biāo)）2018-2019學(xué)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(dòng)性 概率波 不確定性關(guān)系課件 新人教版選修3-5.ppt

3.1.3粒子的波動(dòng)性 3.1.4概率波 3.1.5不確定性關(guān)系,一、光的波粒二象性 1.19世紀(jì)初托馬斯楊、菲涅耳、馬呂斯等分別觀(guān)察到了光的、和偏振現(xiàn)象。 2.19世紀(jì)60年代和80年代，麥克斯韋和赫茲先后從理論上和實(shí)驗(yàn)上確認(rèn)了光的_本質(zhì)。 3.光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)揭示了光的。,干涉,衍射,電磁波,粒子性,4.,波動(dòng)性,衍射,粒子性,光電效應(yīng),波動(dòng)性,粒子性,波粒,二象性,5.光子的能量和動(dòng)量 (1)能量： 。 (2)動(dòng)量：p 。 6.意義：能量和動(dòng)量p是描述物質(zhì)的 性的重要物理量；波長(zhǎng)和頻率是描述物 質(zhì)的 性的典型物理量。因此 和p 揭示了光的粒子性和波動(dòng)性之間的密切關(guān)系。,h,粒子,波動(dòng),h,思考判斷,(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)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(guān)觀(guān)念的粒子。() 答案(1)(2)(3),二、粒子的波動(dòng)性及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 1.粒子的波動(dòng)性 (1)德布羅意波：每一個(gè) 的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系，這種與_相聯(lián)系的波稱(chēng)為德布羅意波，也叫。 (2)物質(zhì)波的波長(zhǎng)：。 (3)物質(zhì)波的頻率：。,運(yùn)動(dòng),實(shí)物粒子,物質(zhì)波,2.物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,干涉,干涉,電子束,電子,電子,波動(dòng)性,思考判斷,(1)一切宏觀(guān)物體的運(yùn)動(dòng)都伴隨一種波，即物質(zhì)波。() (2)湖面上的水波就是物質(zhì)波。() (3)電子的衍射現(xiàn)象證實(shí)了實(shí)物粒子具有波動(dòng)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(yùn)動(dòng)的基本特征：遵從 ，任意時(shí)刻有確定的位置和 ，在時(shí)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(shí)空的 。,空間大小,質(zhì)量,電荷,牛頓運(yùn)動(dòng)定律,速度,軌道,彌散開(kāi)來(lái),頻率,波長(zhǎng),周期性,思考判斷,(1)經(jīng)典的粒子的運(yùn)動(dòng)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(duì)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(dòng)性不是光子之間的引起的，而是光子自身的性質(zhì)，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過(guò)波動(dòng)的規(guī)律確定，所以，光波是一種概率波。 2.物質(zhì)波也是概率波：對(duì)于電子和其他微觀(guān)粒子，單個(gè)粒子的位置是 的，但在某點(diǎn)附近出現(xiàn)的概率的大小可以由的規(guī)律確定。對(duì)于大量粒子，這種概率分布導(dǎo)致確定的宏觀(guān)結(jié)果，所以物質(zhì)波也是概率波。,相互作用,固有,不確定,波動(dòng),思考判斷,(1)光子通過(guò)狹縫后落在屏上的位置是可以確定的。() (2)光子通過(guò)狹縫后落在屏上明紋處的概率大些。() (3)電子通過(guò)狹縫后運(yùn)動(dòng)的軌跡是確定的。() 答案(1)(2)(3),不確定性,xp,思維拓展,對(duì)微觀(guān)粒子的運(yùn)動(dòng)分析能不能用“軌跡”來(lái)描述？ 答案微觀(guān)粒子的運(yùn)動(dòng)遵循不確定關(guān)系，也就是說(shuō)，要準(zhǔn)確確定粒子的位置，動(dòng)量(或速度)的不確定量就更大；反之，要準(zhǔn)確確定粒子的動(dòng)量(或速度)，位置的不確定量就更大，也就是說(shuō)不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動(dòng)量。因而不可能用“軌跡”來(lái)描述粒子的運(yùn)動(dòng)。,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(dòng)性；個(gè)別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性。 2.光子和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子一樣，具有能量和動(dòng)量。和其他物質(zhì)相互作用時(shí)，粒子性起主導(dǎo)作用；在光的傳播過(guò)程中，光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大小(概率)，由波動(dòng)性起主導(dǎo)作用，因此稱(chēng)光波為概率波。 3.頻率低、波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，波動(dòng)性特征顯著，而頻率高、波長(zhǎng)短的光，粒子性特征顯著。 4.光子的能量與其對(duì)應(yīng)的頻率成正比，而頻率是描述波動(dòng)性特征的物理量，因此h揭示了光的粒子性和波動(dòng)性之間的密切聯(lián)系。,要點(diǎn)歸納,例1 下列有關(guān)光的波粒二象性的說(shuō)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(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)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(dǎo)(1)在宏觀(guān)現(xiàn)象中，波與粒子是對(duì)立的概念，而在微觀(guān)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(guò)程中和其他物質(zhì)作用時(shí)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(dòng)性，有些行為(如光電效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說(shuō)有的光是波，有的光是粒子。雖然光子與電子都是微觀(guān)粒子，都具有波粒二象性，但電子是實(shí)物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實(shí)物粒子，沒(méi)有靜止質(zhì)量，電子是以實(shí)物形式存在的物質(zhì)，光子是以場(chǎng)形式存在的物質(zhì)，所以，不能說(shuō)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(shí)驗(yàn)表明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性。光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射性越好，即波動(dòng)性越顯著，光的波長(zhǎng)越短，其光子能量越大，個(gè)別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應(yīng)，所以其粒子性就很顯著，故選項(xiàng)C正確，A、B、D錯(cuò)誤。 答案C,針對(duì)訓(xùn)練1 (多選)人類(lèi)對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了曲折的過(guò)程。下列關(guān)于光的本性的陳述符合科學(xué)規(guī)律或歷史事實(shí)的是(),A.牛頓的“微粒說(shuō)”與愛(ài)因斯坦的“光子說(shuō)”本質(zhì)上是一樣的 B.光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)顯示了光具有波動(dòng)性 C.麥克斯韋預(yù)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(shuō)”認(rèn)為光是一種物質(zhì)微粒，愛(ài)因斯坦的“光子說(shuō)”認(rèn)為光是一份一份不連續(xù)的能量，顯然選項(xiàng)A錯(cuò)誤；干涉、衍射是波的特性，光能發(fā)生干涉說(shuō)明光具有波動(dòng)性，選項(xiàng)B正確；麥克斯韋根據(jù)光的傳播不需要介質(zhì)以及電磁波在真空中的傳播速度與光速近似相等，從而認(rèn)為光是一種電磁波，后來(lái)赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光的電磁說(shuō)，選項(xiàng)C正確；光具有波動(dòng)性與粒子性，稱(chēng)為光的波粒二象性，選項(xiàng)D正確。 答案BCD,對(duì)物質(zhì)波的理解,1.任何物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)都存在波動(dòng)性，我們之所以觀(guān)察不到宏觀(guān)物體的波動(dòng)性，是因?yàn)楹暧^(guān)物體對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)太小。 2.物質(zhì)波是一種概率波，粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受波動(dòng)規(guī)律支配，不能以宏觀(guān)觀(guān)點(diǎn)中的波來(lái)理解德布羅意波。 3.德布羅意假說(shuō)是光子的波粒二象性的一種推廣，使之包括了所有的物質(zhì)粒子，即光子與實(shí)物粒子都具有粒子性，又都具有波動(dòng)性，與光子對(duì)應(yīng)的波是電磁波，與實(shí)物粒子對(duì)應(yīng)的波是物質(zhì)波。,要點(diǎn)歸納,精典示例,答案AC,1.單個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)的偶然性：我們可以知道粒子落在某點(diǎn)的概率，但不能預(yù)言粒子落在什么位置，即粒子到達(dá)什么位置是隨機(jī)的，是預(yù)先不能確定的。 2.大量粒子運(yùn)動(dòng)的必然性：由波動(dòng)規(guī)律我們可以準(zhǔn)確地知道大量粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，因此我們可以對(duì)宏觀(guān)現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)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(shí)物粒子，體現(xiàn)了粒子性的一面；同時(shí)粒子在某一位置出現(xiàn)的概率受波動(dòng)規(guī)律支配，體現(xiàn)了波動(dòng)性的一面，所以說(shuō)概率波將波動(dòng)性和粒子性統(tǒng)一在一起。,對(duì)概率波的理解,要點(diǎn)歸納,例3 關(guān)于電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以下說(shuō)法正確的是(),A.電子如果不表現(xiàn)波動(dòng)性，則無(wú)法用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，其規(guī)律遵循牛頓定律 B.電子如果不表現(xiàn)波動(dòng)性，則可以用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，其規(guī)律遵循波動(dòng)規(guī)律 C.電子如果表現(xiàn)波動(dòng)性，則無(wú)法用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，空間分布的概率遵循波動(dòng)規(guī)律 D.電子如果表現(xiàn)波動(dòng)性，則可以用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，其規(guī)律遵循牛頓定律 審題指導(dǎo)(1)電子無(wú)論是表現(xiàn)出波動(dòng)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(méi)有確定的軌跡，不遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律。 (2)只能確定電子在某點(diǎn)附近出現(xiàn)的概率，且概率的空間分布情況遵循波動(dòng)規(guī)律。,精典示例,解析電子的運(yùn)動(dòng)屬于概率波，少量電子表現(xiàn)出粒子性，不遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律，無(wú)法用軌跡描述其運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；大量電子表現(xiàn)出波動(dòng)性，無(wú)法用軌跡描述其運(yùn)動(dòng)，可確定電子在某點(diǎn)附近出現(xiàn)的概率，且概率波遵循波動(dòng)規(guī)律，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。 答案C,針對(duì)訓(xùn)練3 (多選)在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個(gè)光強(qiáng)的95%以上，假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)光子能通過(guò)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(duì)于一個(gè)光子通過(guò)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(dá)95%以上，當(dāng)然也可落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，不過(guò)，落在暗紋處的概率很小，故只有選項(xiàng)C、D正確。 答案CD,1.單縫衍射現(xiàn)象中，粒子在擋板左側(cè)的位置是完全不確定的，即通過(guò)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(guò)狹縫后，在垂直原來(lái)運(yùn)動(dòng)方向的動(dòng)量是不確定的，即通過(guò)擋板后粒子的動(dòng)量具有不確定性。,對(duì)不確定性關(guān)系的理解,要點(diǎn)歸納,4.不確定性關(guān)系告訴我們，如果要更準(zhǔn)確地確定粒子的位置(即x更小)，那么動(dòng)量的測(cè)量一定會(huì)更不準(zhǔn)確(即p更大)，也就是說(shuō)，不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動(dòng)量，也不可能用“軌跡”來(lái)描述粒子的運(yùn)動(dòng)。,A.微觀(guān)粒子的動(dòng)量不可能確定 B.微觀(guān)粒子的坐標(biāo)不可能確定 C.微觀(guān)粒子的動(dòng)量和坐標(biāo)不可能同時(shí)確定 D.不確定性關(guān)系不僅適用于電子和光子等微觀(guān)粒子，也適用于其他宏觀(guān)粒子,精典示例,答案CD,A.采取辦法提高測(cè)量x精度時(shí)，p的精度下降 B.采取辦法提高測(cè)量x精度時(shí)，p的精度上升 C.x與p測(cè)量精度與測(cè)量?jī)x器及測(cè)量方法是否完備有關(guān) D.x與p測(cè)量精度與測(cè)量?jī)x器及測(cè)量方法是否完備無(wú)關(guān) 解析不確定性關(guān)系表明，無(wú)論采用什么方法試圖確定位置坐標(biāo)和相應(yīng)動(dòng)量中的一個(gè)，必然引起另一個(gè)較大的不確定性，這樣的結(jié)果與測(cè)量?jī)x器及測(cè)量方法是否完備無(wú)關(guān)，無(wú)論怎樣改善測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法，都不可能逾越不確定性關(guān)系所給出的限度。故選項(xiàng)A、D正確。 答案AD,