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1、成才之路成才之路 物理物理路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮 吾将上下而求索吾将上下而求索人教版人教版 选修选修3-5 波粒二象性波粒二象性第十七章第十七章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 第十七章第十七章学习目标定位学习目标定位1课堂情景切入课堂情景切入2知识自主梳理知识自主梳理3重点难点突破重点难点突破4考点题型设计考点题型设计5课课 时时 作作 业业6学习目标定位学习目标定位了解经典的粒子和经典的波的基本特征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知道光波和物质波都是概率波了解了解“不确定性关系不确定性关系”的具体含义的具体含义课堂情景切入课堂
2、情景切入如如图图所所示示是是70000多多个个电电子子通通过过双双缝缝后后的的干干涉涉图图样样，人人们们能能准准确确预预知知单单个个电电子子的的运运动动情情况况吗吗？电电子子出出现现的的位位置置是是否否有有规规律可循呢？律可循呢？知识自主梳理知识自主梳理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确定有确定_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
3、征是是具具有有_和和_，也就是具有，也就是具有_的周期性。的周期性。经典的粒子和经典的波经典的粒子和经典的波 空间空间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确定定。所所以以，从从光光子子的的概概念念上上看看，光波是一种光波是一种_。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
4、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布导导致致确确定定的的宏宏观观结结果果，所所以以物物质质波波也是也是_。概率波概率波大大小小概率波概率波不确定不确定波动波动概率波概率波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。我我们们把把这这种种关关系系叫叫做做不不确确定定性性关系。关系。不确
5、定性关系不确定性关系 精确测定精确测定位置位置动量动量重点难点突破重点难点突破一、对概率波的理解一、对概率波的理解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么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不确定的。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规律，因此我们可以对宏观现象进行预言。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
6、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的一面，所以说，概率波将波动性和粒子性统一在一起。性的一面，所以说，概率波将波动性和粒子性统一在一起。特别提醒：特别提醒：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“特别少特别少”。用用极极微微弱弱的的可可见见光光做做双双缝缝干干涉涉实实验验，随随着着时时间间的的增增加加，在在屏上先后出现如
7、图屏上先后出现如图(a)、(b)、(c)所示的图象，则所示的图象，则()A图象图象(a)表明光具有粒子性表明光具有粒子性B图象图象(c)表明光具有波动性表明光具有波动性C用紫外光观察不到类似的图象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实验表明光是一种概率波答案：答案：ABD解解析析：图图象象(a)曝曝光光时时间间短短，通通过过的的光光子子数数很很少少，呈呈现现粒粒子子性性，A正正确确。图图象象(c)曝曝光光时时间间长长，通通过过了了大大量量光光子子，呈呈现现波波动动性性，B正正确确。该该实实验验表表明明光光是是一一种种概概率率波波，D正正确确。紫紫外外线线本本质和可见光本质相同，也
8、可以发生上述现象，质和可见光本质相同，也可以发生上述现象，C错误。错误。二、对不确定性关系的理解二、对不确定性关系的理解1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任何何位位置置，也也就就是是说说，粒粒子子在在挡挡板板左左侧侧的的位位置置是完全不确定的。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
9、，有有些些粒粒子子跑跑到到投投影位置以外。这些粒子具有与其原来运动方向垂直的动量。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上的的动动量量也也具具有有不不确确定定性性，不不确确定定量量的的大大小小可可以由中央亮条纹的宽度来衡量。以由中央亮条纹的宽度来衡量。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
10、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时刻的位置和动量，从而描绘它的运动轨迹。意时刻的位置和动量，从而描绘它的运动轨迹。(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，我我们可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律。们可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律。考点题型设计考点题型设计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
11、光子通过单缝，那么该光子个光子通过单缝，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对光波是概率波的理解对光波是概率波的理解 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纹处处，还还可可能能落落在在暗暗纹纹处处，不过，落在暗纹处的概率很小，故不过，落在暗纹处的概率很
12、小，故C、D选项正确。选项正确。答案：答案：CD点点评评：(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，则不确定。何，则不确定。(2)大大量量光光子子的的行行为为易易表表现现出出光光的的波波动动性性，少少量量光光子子的的行行为为易表现出粒子性。易表现出粒子性。如如图图所所示示是是一一个个粒粒子子源源，产产生生某某种种粒粒子子，在在其其正正前前方方安安装装只只有有两两条条狭狭缝缝的的挡挡板板，粒粒子子穿穿过过狭狭缝缝打打在在前前方方的的荧荧光光屏屏上上使使荧荧光屏发光。那么在荧光屏上将看到光屏发光。那么在荧光屏上将看到()A只有两条亮纹只有两条亮纹B
13、有多条明暗相间的条纹有多条明暗相间的条纹C没有条纹没有条纹D只有一条亮纹只有一条亮纹答案：答案：B解解析析：由由于于粒粒子子源源产产生生的的粒粒子子是是微微观观粒粒子子，它它的的运运动动受受波波动动性性支支配配，对对大大量量粒粒子子运运动动到到达达屏屏上上某某点点的的概概率率，可可以以用用波波的的特特征征进进行行描描述述，即即产产生生双双缝缝干干涉涉，在在屏屏上上将将看看到到干干涉涉条条纹纹，所所以选项以选项B正确。正确。对不确定性关系的理解与应用对不确定性关系的理解与应用 答案：答案：AD解解析析：不不确确定定性性关关系系表表明明无无论论采采用用什什么么方方法法试试图图确确定定坐坐标标和和相相应应动动量量中中的的一一个个，必必然然引引起起另另一一个个较较大大的的不不确确定定性性，这这样样的的结结果果与与测测量量仪仪器器及及测测量量方方法法是是否否完完备备无无关关。无无论论怎怎样样改改善善测测量量仪仪器器和和测测量量方方法法，都都不不可可能能逾逾越越不不确确定定性性关关系系所所给给出出的的限限度度，故故A、D正确。正确。
