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1、题目 第四五节 物质波、不确定性关系学习目标：1.了解经典的粒子和经典的波的基本特征 2知道什么是概率波，知道光波和物质波都是概率波 3知道“不确定性关系”的物理表述及物理意义 重点难点：1.对经典的波和概率波的理解 2对“不确定性关系”的认识自学案：一、经典的粒子和经典的波 1经典的粒子：粒子有一定的空间大小，有一定的质量，有的还具有电荷，它们的运动遵从牛顿第二定律，其基本特征为：在任意时刻有确定的_和_，在时空中有确定的_ 2经典的波：具有确定的_和_，具有时空的周期性 二、概率波 1概念 在双缝干涉图样中，条纹的明暗表示到达屏上光的强度不同，每个同频率光子都带有相同的一份能量，光的强度对
2、应于光子的数目明纹处到达的光子数多，暗纹处到达的光子数少可见光子落在各点的概率是不一样的，光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处的概率小即光子在空间出现的概率可以用波动的规律去确定所以说光波是一种_波2实验探究 图甲是用很弱的光源做双缝干涉实验的装置乙图的曝光时间最短，显示出光的_，丙、丁图中光子到达的区域正好是波通过双缝后发生干涉时的_区域，表明光具有_ 如果使光源更微弱，使同一时刻只有一个光子飞向感光屏，不同曝光时间摄得的照片仍和乙、丙、丁相同，表明波动性是光子本身的属性 三、不确定性关系 1实验现象分析 (1)单缝衍射实验因光子到达屏上的范围超出单缝投影范围，说明光子已不是经典粒子，其运动不
3、再遵守_ (2)屏上各点的亮度实质上反映了粒子到达该点的概率，说明粒子的运动具有_2不确定关系的表示如果以x表示粒子位置的不确定量，以p表示粒子在x方向上的动量的不确定量利用数学方法对微观粒子的运动进行分析可知：xp_.可见，如果要更准确地确定粒子的位置(x小)，那么动量的测量一定会_ (p更大)即粒子的动量和位置不可能_准确地知道，因而不能用_描述粒子的运动，但我们仍然能够对宏观现象进行预言导学案：问题设计：一、对概率波的理解 1单个粒子运动具有什么性质？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，是预先不能确定的 2大量粒子运动具有什么性质？ 由
4、波动规律，我们能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了特别提醒：(1)德布罗意波是一种概率波，是指在一般情况下，无法准确描述粒子的位置，无法用轨迹描述粒子的运动，粒子在空间某点出现的概率受波动规律支配 (2)德布罗意波不同于宏观的机械波，更不能理解为粒子做曲线运动 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
5、任何位置，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 微观粒子具有波动性，会发生衍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，有些粒子跑到缝的投影位置以外这些粒子具有了与其原来运动方向垂直的动量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 3位置和动量的不确定关系 在粒子的衍射现象中，设有粒子通过狭缝后落在屏上，狭缝宽度为a(用坐标表示为x)，那么某个粒子通过狭缝时位于缝中的哪一点是不确定的，不确定的范围为x；若是宏观粒子，它通过狭缝后会直接落到缝的投影位置上，我们知道微观粒子具有波动
6、性，经过狭缝后会发生衍射，有些粒子会偏离原来的运动方向跑到了投影位置以外的地方，这就意味着粒子有了与原来运动方向垂直的动量(位于与原运动方向垂直的平面上)又由于粒子落在何处是随机的，所以粒子在垂直于运动方向上的动量具有不确定性，不确定量为p. 海森伯经过数学推算，得出如下关系：xp(h为普朗克常量)式中h为普朗克常量，x表示微观粒子位置的不确定量，p表示微观粒子在x方向上的动量的不确定量特别提醒：(1)由不确定关系xp可知，微观粒子的位置和动量是不能同时被确定的，这就决定了不能用“轨迹”的观点来描述微观粒子的运动(2)由xp可知，我们不能准确知道单个粒子的实际运动情况，但可以知道大量粒子运动时
7、的统计规律当粒子少量时，虽不能知其准确位置，但可准确知道落在屏上某点的概率典例精析：例1、物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光流的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹，对这个实验结果有下列认识，其中正确的是()A曝光时间不长时，光子的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子 B单个光子的运动没有确定的轨道 C干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 D只有大量光子的行为才能表现出波动性 例2、已知5.31035 Js，试求下列情况
8、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)一个球的质量是m1.0 kg，测定其位置的不确定量为106 m.(2)电子的质量me9.01031 kg，测定其位置的不确定量为1010 m(即在原子的数量级)当堂检测1、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 2、关于不确定性关系xp有以下几种理解，其中正确的是()A微观粒子的动量不可能确定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
9、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3关于光的波动性与粒子性以下说法正确的是()A爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说B光电效应现象说明了光的粒子性C光波不同于机械波，它是一种概率波D光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一4.以下说法中正确的是()A光波和物质波都是概率波B实物粒子不具有波动性C光的波动性是光子之间相互作用引起的D光通过狭缝后在屏上形成明暗相间的条纹，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定5经150 V电压加速的电子束，沿同一方向射出，穿过铝箔后射到其后的屏上，则()A所有电子的运动轨迹均相同B所有电子到达屏上的位置坐标均相同C电子到达屏上的位置坐标可用牛顿运动定律确定D电子到达屏上的位置受波动规律支配，无法用确定的坐标来描述它的位置6在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是()A使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上将会显示衍射图样B单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样C光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏D光的波动性是大量光子运动的规律.
题目第四五节__物质波
