2021-2022学年高二物理竞赛课件：概率波(共14张PPT)

1、概率波概率波（几率波）怎样理解波粒二象性? 物质波的本质？ 怎样把粒子性(颗粒性，集中于一点) 波动性(连续性，扩展于空间)统一起来？一、历史上两种典型的看法把微观粒子看作是经典粒子和经典波的混合体1.“粒子是由波组成的”把粒子看作是由很多波组成的波包但波包在媒质中要扩散、消失(和粒子性矛盾)2.“波是由粒子组成的”认为波是大量粒子组成的；波动性是大量粒子相互作用而形成的 为防止电子间发生作用现代实验技术可以做到一次一个电子通过缝单电子双缝衍射实验 若使一个电子反复多次通过双缝，会出现相同的衍射图样。 让电子一个一个地入射，发现时间足够长后的衍射图样和大量电子同时入射时完全相同。底片上出现一个

2、一个的点，开始时底片上的点似无规则分布，随着电子增多，逐渐形成双缝衍射图样一个一个电子依次入射双缝的衍射实验：700007个电子100个电子在观察屏上的图像3000个20000个一个个地出现说明了电子的粒子性随着电子数目的增多，在屏上逐渐形成了衍射图样，说明 “一个电子”就具有的波动性 实验说明，电子的波动性并不是很多电子在空间聚集在一起时相互作用的结果，而是单个电子就具有波动性。换言之，干涉是电子“自己和自己”的干涉。 无论是大量电子同时入射，还是电子一个一个地长时间地入射，都只是让单个电子干涉的效果在底片上积累并显现出来而已。 概率波（几率波）怎样理解波粒二象性? 物质波的本质？ 怎样把粒

3、子性(颗粒性，集中于一点) 波动性(连续性，扩展于空间)统一起来？一、历史上两种典型的看法把微观粒子看作是经典粒子和经典波的混合体1.“粒子是由波组成的”把粒子看作是由很多波组成的波包但波包在媒质中要扩散、消失(和粒子性矛盾)2.“波是由粒子组成的”认为波是大量粒子组成的；波动性是大量粒子相互作用而形成的但这和单个粒子就具有波动性相矛盾德布罗意波并不像经典波那样是代表实在物理量的波动，而是描述粒子在空间的概率分布的“概率波”。概率波统计性把波和粒子两个截然不同的经典概念联系了起来1.概率波对光辐射(电磁波)，爱因斯坦1917年引入统计性概念： 波动观点： 光强 E2粒子观点： 光强 某处光子数

4、 某处发现一个光子的概率 E 2 某处发现一个光子的概率对物质波，玻恩（M.Born）1927年提出的概率解释： 描述粒子在各处被发现的概率。 M.玻恩 爱因斯坦对玻恩假设曾持不同观点，他认为完善的理论不应是统计性的。他在给玻恩的信中写道，“在任何情况下，我相信，上帝是不掷骰子的”。 玻恩对了，爱因斯坦错了！波函数及其统计解释1、波函数（wave function）平面简谐波函数：复数表示：概率波波函数：2、波函数的统计解释一维三维物质波是“概率波”，在空间各处出现的概率呢？它是怎样描述粒子 量子力学假定：微观粒子的状态用波函数表示，一般而言波函数是时间和空间的函数。和“ E2 某处发现一个光

5、子的几率 ”类似 光强分布决定了光子到达屏上各处的概率光波是概率波物质波是刻画粒子在空间的概率分布的概率波!SS1S2对比光的波粒二象性光子在某处出现的概率和该处光振幅的平方成正比波动性:某处明亮则某处光强大 即 I 大粒子性:某处明亮则某处光子多 即 N大光子数 N I E02 玻恩对 的统计解释(1926) ： 波函数 是描述粒子在空间概率分布的“概率振幅”。其模方代表 t 时刻，在坐标 附近单位体积中发现一个粒子的概率，称为“概率密度”。 粒子在某时某地出现的概率，与该时该地粒子波函数的模的平方成正比。-波函数的统计解释rdVx yz 在 附近dV 内发现粒子的概率为：在空间 发现粒子的概率为：粒子出现的概率概率密度(单位体积内粒子出现的概率)定义：概率波把波和粒子两种属性统一了起来：波的强度表示粒子出现的概率概率波波函数和经典波函数的区别经典波函数:(1) 可测，有直接物理意义(2) 和 C 不同 (C 是常数)概率波给出的结果服从统计规律性，它不能预言粒子必然在哪里出现，只能预言粒子出现的概率。概率波函数:(1) 不可测，无直接物理意义， 可测、有意义的是：| |2(2) 和 C 描述同一个概率波 对单个粒子：给出粒子概率密度分布；对大量粒子：给出粒子数的分布； 3、用电子双缝衍射实验说明概率波的含义只开上缝 P