《高中物理 17.4 概率波课件 新人教版选修3-5.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 17.4 概率波课件 新人教版选修3-5.ppt（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 4 4 概率波概率波 1. 知道概率波与经典波的差异。知道概率波与经典波的差异。 2. 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。 3. 知道微观粒子干涉、衍射的明暗条纹与粒子落点概率知道微观粒子干涉、衍射的明暗条纹与粒子落点概率大小的关系。大小的关系。 4. 知道少量运动粒子表现出明显的粒子性，大量运动粒知道少量运动粒子表现出明显的粒子性，大量运动粒子表现出明显的波动性。子表现出明显的波动性。学习目标 首首先先通通过过经经典典的的粒粒子子和和经经典典的的波波的的对对比比，提提出出光光子子的的落落点点特特点点，引引出出概概率率波波的的概概念念。再再通通过过电电子子双双缝缝衍衍射
2、射的的实实验验，得得出出物物质质波波不不是是经经典典波波，微微观观粒粒子子也也不不是是经经典典粒粒子子的的结结论论。最最后后通通过过电电子子干涉条纹对概率波的验证，知道光是一种概率波。干涉条纹对概率波的验证，知道光是一种概率波。 在在介介绍绍电电子子双双缝缝衍衍射射部部分分时时，举举“机机关关枪枪射射子子弹弹”的的例例子子，能能有有效效的的说说明明落落点点概概率率的的特特点点，能能较较好好的的说说明明概概率率波波现现象象。并并且且充充分分应应用用物物理理学学家家的的历历史史资资料料，不不但但有有真真实实感感，增增强强了了说说服服力力，而而且且也也能能对对学学生生进进行行启启发发教教育育，有有利
3、利于于培培养养学学生生的的科科学学态态度度和和科科学学精神，激发学生的探索精神。精神，激发学生的探索精神。设计思路经典的粒子经典的波（经典物理学关于粒子和波的概念）经典的粒子经典的波（经典物理学关于粒子和波的概念）经典的粒子：典的粒子： 具有空具有空间大小、大小、质量、量、电量等，遵从牛量等，遵从牛顿第二定律，任意第二定律，任意时刻有确定的位置和速度，以及刻有确定的位置和速度，以及确定的运确定的运动轨迹迹。经典的波：典的波： 某种物理量呈某种物理量呈时空周期性的分布空周期性的分布 ( 确定的点确定的点处具有具有时间周期周期性，确定的方向上具有空性，确定的方向上具有空间周期性周期性)，特征是具有
4、特征是具有频率和波率和波长。 新课导入 显然，在经典的传统观念中，一个客体要么是粒子，显然，在经典的传统观念中，一个客体要么是粒子，要么是波，非此即彼！要么是波，非此即彼！ 为什么光子、电子和质子等微观粒子又能集这两种为什么光子、电子和质子等微观粒子又能集这两种互不相容的属性于一身呢？互不相容的属性于一身呢？新课导入一、概率波一、概率波 明纹明纹处到达的处到达的光光子数多子数多，暗纹暗纹处到达处到达的的光子数少。光子数少。 这是否可以认为，是光子之间的相互作用使它表现出了波这是否可以认为，是光子之间的相互作用使它表现出了波动性，而不是光子本身就具有波动性呢？动性，而不是光子本身就具有波动性呢？
5、新课讲授一个光子通过狭缝后到底落在屏上的哪一点呢？一个光子通过狭缝后到底落在屏上的哪一点呢？ 1926年德国物理学家波恩指出：年德国物理学家波恩指出：光子落在明处的概率光子落在明处的概率大，落在暗处的概率小。大，落在暗处的概率小。 光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所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，以从光子的概念上看，光波是刻画光子在空间的概率分布光波是刻画光子在空间的概率分布的一种概率波。的一种概率波。？想想 一一 想想电子双缝衍射电子双缝衍射 1. 用足够强的电子束进行双缝衍射用足够强的电子束进行双缝衍射 出现了明暗相间的衍射条纹，体现电子的波动
6、性出现了明暗相间的衍射条纹，体现电子的波动性 衍射条纹掩饰了电子的粒子性衍射条纹掩饰了电子的粒子性 未能体现电子在空间分布的概率性质未能体现电子在空间分布的概率性质 得到的结果与光的双缝衍射结果一样得到的结果与光的双缝衍射结果一样 2. 用非常弱的电子束进行双缝衍射用非常弱的电子束进行双缝衍射 单个电子的运动方向是完全不确定的单个电子的运动方向是完全不确定的 具有概具有概率分布率分布 一定条件下，电子运动方向的概率具有确定的一定条件下，电子运动方向的概率具有确定的规律规律 开始电子打在屏幕上的位置是任意的开始电子打在屏幕上的位置是任意的 随着时间推移，电子具有稳定的分布随着时间推移，电子具有稳
7、定的分布 出现清晰衍射条纹出现清晰衍射条纹 和强电子束在短时间形成和强电子束在短时间形成的一样的一样 经典的波是介质中质元共同振动形成的经典的波是介质中质元共同振动形成的 双缝衍射中体现为无论电子强度多么弱，屏幕上双缝衍射中体现为无论电子强度多么弱，屏幕上出现的是强弱连续分布的衍射条纹出现的是强弱连续分布的衍射条纹 实际上在电子强度弱的情形中实际上在电子强度弱的情形中 电子在屏幕上的分布是随机的，完全不确定的电子在屏幕上的分布是随机的，完全不确定的 物质波不是经典波物质波不是经典波 经典粒子双缝衍射经典粒子双缝衍射 子弹可以看作是经典粒子子弹可以看作是经典粒子 假想用机关枪扫射双缝假想用机关枪
8、扫射双缝 A 和和 B，屏幕，屏幕 C 收集子弹数目收集子弹数目微观粒子不是经典粒子微观粒子不是经典粒子1. 将狭缝将狭缝 B 挡住挡住 子弹通过子弹通过 A 在屏幕在屏幕 C 上有一定的分布上有一定的分布 类似于单缝衍射的中央主极大类似于单缝衍射的中央主极大 P1 子弹落在中央主极大范围的概率分布子弹落在中央主极大范围的概率分布2. 将狭缝将狭缝 A 挡住挡住 子弹通过狭缝子弹通过狭缝 B 在屏幕在屏幕 C 上有一定的分布上有一定的分布 类似于单缝衍射的中央主极大类似于单缝衍射的中央主极大 P2 子弹落在中央主极大范围的概率分布子弹落在中央主极大范围的概率分布3. A 和和 B 狭缝同时打开
9、狭缝同时打开 子弹是经典粒子子弹是经典粒子 原来通过原来通过 A 狭缝的子弹狭缝的子弹 还是通过还是通过 A 原来通过原来通过 B 狭缝的子弹狭缝的子弹 还是通过还是通过 B屏幕屏幕 C 上子弹的上子弹的概率分布：概率分布：不因两个狭缝同时打开每颗子弹会有新的选择！不因两个狭缝同时打开每颗子弹会有新的选择！ 电子双缝衍射电子双缝衍射 电子枪发射出的电子，在屏幕电子枪发射出的电子，在屏幕 P 上观察电子数目上观察电子数目1. 将狭缝将狭缝 B 挡住挡住 电子通过狭缝电子通过狭缝 A 在屏幕在屏幕 C 有一定分布有一定分布 类似于单缝衍射的中类似于单缝衍射的中央主极大央主极大2. 将狭缝将狭缝 A
10、 挡住挡住 电子通过狭缝电子通过狭缝 B 在屏幕在屏幕 C 上有一定的分布上有一定的分布 类似于单缝衍射的中央主极大类似于单缝衍射的中央主极大3. A 和和 B 狭缝同时打开狭缝同时打开 如果电子是经典粒子如果电子是经典粒子 原来通过原来通过 A 狭缝的电子狭缝的电子 还是通过还是通过 A 原来通过原来通过 B 狭缝的电子狭缝的电子 还是通过还是通过 B屏幕上电子的屏幕上电子的概率分布：概率分布：屏幕屏幕 C 实际观察到类似光的双缝衍射条纹实际观察到类似光的双缝衍射条纹屏幕屏幕 C 上电子的概率分布上电子的概率分布 只开一个狭缝和同时开两个狭缝只开一个狭缝和同时开两个狭缝 电子运动的方向具有随
11、机性电子运动的方向具有随机性 A 和和 B 狭缝同时开时狭缝同时开时电子似乎电子似乎“知道知道” 两个狭两个狭缝都打开！缝都打开！双缝和屏幕之间到底发生了什么？双缝和屏幕之间到底发生了什么？屏幕上电子的分布屏幕上电子的分布 有了新的概率分布有了新的概率分布电电子子不不是是经经典典粒粒子子 光子在某处出现的概率由光在该处的强度决定光子在某处出现的概率由光在该处的强度决定光子在某处出现的概率由光在该处的强度决定光子在某处出现的概率由光在该处的强度决定I 大，光子出现概率大大，光子出现概率大I 小，光子出现概率小小，光子出现概率小统一于概率波理论单单缝缝衍衍射射光子在某处出现的概率和该处光振幅的平方
12、成正比光子在某处出现的概率和该处光振幅的平方成正比二、电子干涉条纹对概率波的验证二、电子干涉条纹对概率波的验证 与电子等微观粒子相联系的物与电子等微观粒子相联系的物质波也是质波也是刻画粒子在空间分布的概刻画粒子在空间分布的概率波率波单个粒子单个粒子 位置不确定位置不确定大量粒子大量粒子 确定的宏观结果确定的宏观结果 如干涉条纹如干涉条纹光的波动性和粒子性的统一光的波动性和粒子性的统一 1在在微微观观世世界界中中，大大量量光光子子运运动动产产生生的的效效果果显显示示出出波波动动性，个别光子运动产生的效果显示出粒子性。性，个别光子运动产生的效果显示出粒子性。 2光光在在传传播播时时显显示示出出波波
13、动动性性，与与物物体体发发生生作作用用时时往往往往显显示出粒子性。示出粒子性。 3按按电电磁磁波波谱谱的的排排列列，频频率率小小波波长长长长时时波波动动性性显显著著，粒粒子子性性不不明明显显；而而频频率率高高波波长长短短时时，粒粒子子性性显显著著，而而波波动动性性不明显。不明显。1. 概率波概率波光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，光波光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，光波是刻画光子在空间的概率分布的一种概率波。是刻画光子在空间的概率分布的一种概率波。2. 电子干涉条纹对概率波的验证电子干涉条纹对概率波的验证单个粒子单个粒子 位置不确定位置不确定大量粒子大量粒子 确定的宏观结
14、果确定的宏观结果 如干涉条纹如干涉条纹课堂总结1. 光光电电效效应应的的四四条条规规律律中中，波波动动说说仅仅能能解解释释的的一一条条规规律是律是 ( ) A. 入入射射光光的的频频率率必必须须大大于于或或等等于于被被照照金金属属的的极极限限频频率率才能产生光电效应才能产生光电效应 B. 发发生生光光电电效效应应时时，光光电电流流的的强强度度与与入入射射光光的的强强度度成成正比正比 C. 光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 D. 光电效应发生的时间极短，一般不超过光电效应发生的时间极短，一般不超过 10 sB课堂测试A+A+C2. 下列关于光的
15、波粒二象性的说法中，正确的是下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是 ( ) A. 有的光是波，有的光是粒子有的光是波，有的光是粒子 B. 光子与电子是同样的一种粒子光子与电子是同样的一种粒子 C. 光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子 性越显著性越显著 D. 大量光子产生的效果往往显示粒子性大量光子产生的效果往往显示粒子性3.下列说法不正确的是下列说法不正确的是 ( ) A. 光是一种电磁波光是一种电磁波 B. 光是一种概率波光是一种概率波 C. 光子相当于高速运动的质点光子相当于高速运动的质点 D. 光的直线传播只是宏观近似规律光的直线传播只是宏观近似规律C
