高中物理 17.3 粒子的波动性 17.4 概率波 17.5 不确定性关系课件 新人教选修3-5

1、3粒子的波动性4概率波5不确定性关系第十七章波粒二象性学习目标知识探究典例精析达标检测1.知道光的波粒二象性，理解其对立统一的关系.2.了解德布罗意波和概率波，知道它们都遵循统计规律.3.会用不确定性关系的公式分析简单问题一、光电效应(1)什么现象体现出了光的波动性？什么现象体现了光的粒子性？知识探究导学探究导学探究答案答案答案大量光子在传播过程中显示出波动性，比如干涉和衍射.当光与物质发生作用时，显示出粒子性，如光电效应、康普顿效应.(2)光的波动性和粒子性矛盾吗？答案答案不矛盾，光具有波粒二象性.1.光的波粒二象性(1)光的干涉和衍射现象说明光具有 性， 效应和 效应说明光具有粒子性.(2

2、)光子的能量，光子的动量p.(3)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有 二象性.2.对光的波粒二象性的理解(1) 光子产生的效果显示出波动性； 光子产生的效果显示出粒子性.(填“大量”或“个别”)知识梳理知识梳理答案波动光电康普顿h波粒大量个别(2)光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量.和其他物质相互作用时， 性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，由 性起主导作用，因此称光波为概率波.(填“粒子”或“波动”)(3)频率 、波长 的光，波动性特征显著，而频率 、波长 的光，粒子性特征显著.(4)光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征

3、的物理量，因此h揭示了光的 性和 性之间的密切联系.答案粒子波动低长高短粒子波动有关光的本性，下列说法正确的是()A.光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的B.光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C.光只有波动性，无粒子性D.由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的 一切行为，只能认为光具有波粒二象性即学即用即学即用解析答案解析解析19世纪初，人们成功地在实验室中观察到了光的干涉、衍射现象，这属于波的特征，微粒说无法解释这些现象；但19世纪末又发现了光电效应，这种现象波动说不能解释，证明光具有粒子性，因此，光既具有波动性，又具有粒子性，但光不同于宏观的机

4、械波和粒子，波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现，是两个不同侧面，不同属性，我们无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性，选项D正确.答案答案D德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性，你如何理解该问题？谈谈自己的认识.导学探究导学探究答案答案答案波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大，动量大，波长短，难以观测.二、物质波概率波对物质波的认识1.任何运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种波叫物质波，又叫德布罗意波.物

5、质波波长、频率的计算公式为 ， .2.我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太大，德布罗意波长太 的缘故.答案知识梳理知识梳理小3.德布罗意假说是光的波粒二象性的推广，即光子和实物粒子都既具有粒子性又具有 ，即具有波粒二象性.与光子对应的波是 波，与实物粒子对应的波是 波.4.物质波的实验验证(1)1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了 衍射的实验，从而证实了 的波动性.(2)人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的 和 关系同样正确.5.物质波也是一种概率波.答案波动性电磁物质电子束电子(多选)根据物质波理论，以下说法中正确的是()A.微

6、观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B.宏观物体和微观粒子都具有波动性C.宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长D.速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显即学即用即学即用解析答案解析解析一切运动的物体都有一种物质性与它对应，所以宏观物体和微观粒子都具有波动性，A错误，B正确；宏观物体的物质波波长很短，不易观察到它的波动性，C错误；速度相同的质子与电子相比，电子质量小，由 知电子的物质波波长更长，所以电子的波动性更明显，D正确.答案答案BD1.微观粒子运动的基本特征：不再遵守 定律，不可能同时准确地知道粒子的 和 ，不可能用“轨迹”来描述粒子的运动，这种关系叫做不确定性关系.微观

7、粒子的运动状态只能通过做统计性的描述.2.单缝衍射现象中，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的，即通过挡板前粒子的位置具有 性，粒子通过狭缝后，在垂直原来运动方向的动量是不确定的，即通过挡板后粒子的动量具有 性.答案知识梳理知识梳理三、不确定性关系牛顿运动位置动量概率不确定不确定3.微观粒子运动的位置不确定量x和动量的不确定量p的关系式为， ，其中h是 .4.不确定性关系告诉我们，如果要更准确地确定粒子的位置(即x更小)，那么动量的测量一定会 (即p更大)，也就是说，不可能同时准确地知道粒子的 和 ，也不可能用“轨迹”来描述粒子的运动.答案普朗克常量更不准确位置动量从衍射的规律可以知道，狭缝越窄

8、，屏上中央亮条纹就越宽，由不确定性关系xp ，判断下列说法正确的是()A.入射的粒子有确定的动量，射到屏上粒子就有准确的位置B.狭缝的宽度变小了，因此粒子的不确定性也变小了C.更窄的狭缝可以更准确地测得粒子的位置，但粒子动量的不确定性却 更大了D.可以同时确定粒子的位置和动量即学即用即学即用解析答案解析解析由xp 知，狭缝变小了，即x减小了，p变大，即动量的不确定性变大，故C正确，A、B、D错误.C返回例例1(多选)对光的认识，以下说法中正确的是()A.个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B.高频光是粒子，低频光是波C.光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就

9、不再 具有波动性了D.光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在 另外某种场合下，光的粒子性表现明显一、对光的波粒二象性的认识典例精析解析答案总结提升解析解析个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，频率高的光粒子性强，频率低的光波动性强，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项为A、D.答案答案AD总结提升总结提升1.理解光的波粒二象性是光的本性.2.知道哪些现象体现出光的波动性，哪些现象体现出光的粒子性.二、对物质波的理解例例2

10、下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是()A.光波是一种物质波B.X光的衍射证实了物质波的假设是正确的C.电子的衍射证实了物质波的假设是正确的D.宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有 波动性解析答案解析解析宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍具有波动性，D项错；X光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的存在，B项错.只有C项正确.答案答案C例例3电子经电势差为U200 V的电场加速，电子质量m09.11031 kg，求此电子的德布罗意波长.解析答案归纳总结解析解析已知 m0v2EkeUpEk所以=把U200 V，m09

11、.11031 kg，代入上式解得8.69102 nm.答案答案8.69102 nm归纳总结德布罗意波长的计算(1)首先计算物体的速度，再计算其动量.如果知道物体动能也可以直接用p 计算其动量.(2)再根据 计算德布罗意波长.(3)需要注意的是：德布罗意波长一般都很短，比一般的光波波长还要短，可以根据结果的数量级大致判断结果是否合理.归纳总结三、对概率波的理解例例4(多选)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；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹，

12、对这个实验结果下列认识正确的是()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B.单个光子的运动表现出波动性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解析答案归纳总结解析解析光是一种概率波，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是中央亮纹处，可达95%以上，还可能落到暗纹处，不过落在暗纹处的概率最小(注意暗纹处并非无光子到达).故C、D选项正确.答案答案CD归纳总结解决本题的关键是要明确对概率波的认识，知道概率波的规律就是统计规律，单个光子是不能确定落在哪个点上的，我们只能得到大量光子的落点区域.归纳总

13、结四、对不确定性关系的理解例例5质量为10 g的子弹与电子的速率相同，均为500 m/s，测量准确度为0.01%，若位置和速率在同一实验中同时测量，试问它们位置的最小不确定量各为多少？(电子质量为m9.11031kg，结果保留三位有效数字)解析答案规律总结返回解析解析测量准确度也就是速度的不确定性，故子弹、电子的速度不确定量为v0.05 m/s，子弹的动量的不确定量p15104 kgm/s，电子动量的不确定量p24.61032 kgm/s，由x ，子弹位置的最小不确定量x1 m1.061031 m，电子位置的最小不确定量x2 m1.15103 m.答案答案1.061031 m1.15103 m

14、规律总结理解不确定性关系时应注意的问题(1)对子弹这样的宏观物体，不确定量是微不足道的，对测量准确性没有任何限制，但对微观粒子却是不可忽略的.(2)在微观世界中，粒子质量较小，不能同时精确地测出粒子的位置和动量，也就不能准确地把握粒子的运动状态.规律总结返回1.下列有关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B.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，其粒子性越显著D.大量光子的行为往往表现出粒子性达标检测123解析答案4解析解析一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，A错误.虽

15、然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以B错误.光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性.光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著；光的波长越短，其粒子性越显著，故选项C正确，D错误.答案答案C12342.(多选)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解析答案1234

16、解析解析根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处.当然也可落在其他亮纹处，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.CD3.(多选)利用金属晶格(大小约1010 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是使电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样.已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是()A.该实验说明了电子具有波动性B.实验中电子束的德布罗意波长为C.加速电压U越大，电子的衍射现象越明显D.若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显解析答案1234解析解析得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A正确；由德布罗意波长公式而动量p两式联立得 ，B正确；由公式 可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象越不明显；用相同动能的质子替代电子，质子的波长小，其衍射现象不如电子的衍射现象明显.故C、D错误.答案答案AB12344.(多选)关于不确定性关系