1、复习巩固复习巩固 光是一种波，同时也是一种粒子，光是一种波，同时也是一种粒子，光具有光具有波粒二象性波粒二象性。光子的能量与动量之间的关系：光子的能量与动量之间的关系：两式的物理量两式的物理量和和p p描述光的粒子描述光的粒子性，性，描述光的波动性。描述光的波动性。hhp 实物粒子也具有波动性实物粒子也具有波动性一个能量为一个能量为E E、动量为、动量为 p p 的实物粒子同的实物粒子同时具有波动性，时具有波动性，动量为动量为 P 的粒子波长：的粒子波长：Ph频率频率:h 这种与实物粒子相联系的波后这种与实物粒子相联系的波后来称为来称为德布罗意波德布罗意波，也叫，也叫物质波。物质波。导入新课导
2、入新课 波和粒子是两种不同的研究对象波和粒子是两种不同的研究对象,具有非常不同的表现具有非常不同的表现,那么那么,为什么对于为什么对于光子、电子和质子等粒子又能集它们于光子、电子和质子等粒子又能集它们于一身呢？一身呢？问题问题4545概率波、不确定关系概率波、不确定关系1.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。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.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，并会用来并会用来分析简单问题。分析简单问题。学习目标自主学习自主学习1、经典物理学中粒子运动的基本特征？、经典物理学中粒子运动的基本
3、特征？2、经典物理学中波的基本特征？、经典物理学中波的基本特征？3、光子说对明暗条纹的解释？、光子说对明暗条纹的解释？4、光的波动性是不是光子之间的相互作用引、光的波动性是不是光子之间的相互作用引起的？为什么？起的？为什么？5、光波是一种什么波？、光波是一种什么波？6、经典波动与德布罗意波经典波动与德布罗意波(物质波物质波)的区别？的区别？一、经典的粒子和经典的波一、经典的粒子和经典的波1、经典物理学中粒子运动的基本特征：、经典物理学中粒子运动的基本特征：任意时刻具有确定的位置和速度。任意时刻具有确定的位置和速度。2、经典物理学中波的基本特征：、经典物理学中波的基本特征：具有频率和波长也就是具
4、有时空的周期性。具有频率和波长也就是具有时空的周期性。二、概率波二、概率波1、光子说对明暗条纹的解释、光子说对明暗条纹的解释明纹处到达的光子数多，明纹处到达的光子数多，暗纹处到达的光子数少。暗纹处到达的光子数少。2、光的波动性不是光子之间的相互作用、光的波动性不是光子之间的相互作用 引起的，而是光子自身固有的性质。引起的，而是光子自身固有的性质。玻恩玻恩1926年提出年提出概率波概率波。玻恩玻恩(M.Born.1882-1970)德国物理学家。德国物理学家。不能肯定某个光子落在不能肯定某个光子落在哪一点，但大量光子在哪一点，但大量光子在空间出现的概率可以通空间出现的概率可以通过波动规律确定，即
5、光过波动规律确定，即光波是一种概率波。波是一种概率波。3、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。对于电子和其他微观粒子，对于电子和其他微观粒子，单个单个粒子位粒子位置是置是不确定不确定的，但在某点附近出现的的，但在某点附近出现的概概率率的大小可以用的大小可以用波动的规律波动的规律确定。确定。三、经典波动与德布罗意波三、经典波动与德布罗意波(物质波物质波)的区别的区别 经典的波动经典的波动(如如机械波、电磁波机械波、电磁波等等)是可是可以测出的、以测出的、实际存在实际存在于空间的一种波动。于空间的一种波动。而而德布罗意波德布罗意波(物质波物质波)是一种概率波。是一种概率波。简
6、单的说，是为了描述微观粒子的波动性而简单的说，是为了描述微观粒子的波动性而引入的引入的一种方法一种方法。教材习题解答教材习题解答 1、答：不对。光的波动性不是光子之间的相、答：不对。光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，而是光子自身固有的性质。互作用引起的，而是光子自身固有的性质。2、答：不能预测某光子打在光屏上的落点的、答：不能预测某光子打在光屏上的落点的准确位置，但是能预知它落在某一点的概率。准确位置，但是能预知它落在某一点的概率。大量光子在光屏上的落点服从统计规律。在双大量光子在光屏上的落点服从统计规律。在双干涉图样中亮纹处就是光子落点概率大的位置，干涉图样中亮纹处就是光子落点概率大的
7、位置，暗纹处就是光子落点概率小的位置。暗纹处就是光子落点概率小的位置。3、答：一个无线电波光子的能量是、答：一个无线电波光子的能量是6.6310-28J一个绿色光子能量是一个绿色光子能量是3.9818-19J一个一个光子的能量是光子的能量是6.6310-16J粒子的能量粒子的能量=hc/,动量动量p=/c,波长波长=hc/，由此可知，低，由此可知，低频电磁波的能量小，动量小，波长长，高频电频电磁波的能量小，动量小，波长长，高频电磁波的能量大，动量大，波长短，由概率波的磁波的能量大，动量大，波长短，由概率波的波粒二象性可知，低频电磁波的波动性显著而波粒二象性可知，低频电磁波的波动性显著而高频电磁
8、波的粒子性显著。高频电磁波的粒子性显著。教材习题解答教材习题解答17.5不确定性关系不确定性关系不确定关系不确定关系1.定义：在经典力学中，一个质点的位置和动量定义：在经典力学中，一个质点的位置和动量是可以同时测定的，在量子力学中，要同时测是可以同时测定的，在量子力学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的，这种出微观粒子的位置和动量是不太可能的，这种关系叫关系叫_ 关系。关系。2.关系式关系式_。粒子位置的不确定量粒子位置的不确定量x x越小，动量的不确定量越小，动量的不确定量P P就越就越_，反之亦然，反之亦然。关键一点关键一点 不确定关系表明，单个粒子的不确定关系表明，单个粒子的实
9、际运动情况不能准确确定，但可以根据统计实际运动情况不能准确确定，但可以根据统计规律确定某粒子在某位置出现的概率的大小规律确定某粒子在某位置出现的概率的大小。不确定性不确定性4hx p 大大一、不确定度关系一、不确定度关系 经典力学经典力学：运动物体有：运动物体有完全确定完全确定的位置、动量、能量等。的位置、动量、能量等。微观粒子微观粒子：位置、动量等具有：位置、动量等具有不确定量不确定量（概率）。（概率）。一束微观粒子以速度一束微观粒子以速度 v v 沿沿 oy oy 轴射向狭缝。轴射向狭缝。粒子在中央主极大区域粒子在中央主极大区域出现的几率最大。出现的几率最大。aoxy y电子通过狭缝的瞬间
10、，电子通过狭缝的瞬间，其位置在其位置在 x x 方向上的方向上的不确定量为不确定量为aoxy yxa 电子的位置和动量分电子的位置和动量分别用别用 和和 来表示。来表示。xp同一时刻，由于衍射效同一时刻，由于衍射效应，粒子的速度方向有应，粒子的速度方向有了改变，缝越小，动量了改变，缝越小，动量的分量的分量 Px变化越大。变化越大。4xhx p 分析计算可得分析计算可得:我们知道，原子核的数量级为10-15m，所以，子弹位置的不确定范围是微不足道的。可见子弹的动量和位置都能精确地确定，不确定关系对宏观物体来说没有实际意义。11smkg0.2smkg20001.0 mvp1414smkg100.2
11、smkg2100.1%01.0pp例例1.1.一颗质量为一颗质量为10g 10g 的子弹，具有的子弹，具有200m200ms s-1-1的速率，若的速率，若其动量的不确定范围为动量的其动量的不确定范围为动量的0.01%(0.01%(这在宏观范围是这在宏观范围是十分精确的了十分精确的了)，则该子弹位置的不确定量范围为多大，则该子弹位置的不确定量范围为多大?解:子弹的动量动量的不确定范围由不确定关系式(17-17)，得子弹位置的不确定范围mmphx31434106.2100.214.341063.64原子大小的数量级为10-10m，电子则更小。在这种情况下，电子位置的不确定范围比原子的大小还要大几
12、亿倍，可见企图精确地确定电子的位置和动量已是没有实际意义。128131smkg108.1smkg200101.9 mvp1321284smkg0.18.1smkg0.18.1100.1%01.0pp例例2 2.一电子具有一电子具有200 m/s200 m/s的速率，动量的不确定范围的速率，动量的不确定范围为动量的为动量的0.01%(0.01%(这已经足够精确了这已经足够精确了)，则该电子的位，则该电子的位置不确定范围有多大置不确定范围有多大?解:电子的动量为动量的不确定范围由不确定关系式，得电子位置的不确定范围mmphx33234109.2108.114.341063.64 宏观物体宏观物体
13、微观粒子微观粒子具有确定的坐标和动量具有确定的坐标和动量 没有确定的坐标和动量没有确定的坐标和动量可用牛顿力学描述。可用牛顿力学描述。需用量子力学描述。需用量子力学描述。有连续可测的运动轨道，可有连续可测的运动轨道，可 有概率分布特性，不可能分辨有概率分布特性，不可能分辨 追踪各个物体的运动轨迹。追踪各个物体的运动轨迹。出各个粒子的轨迹。出各个粒子的轨迹。体系能量可以为任意的、连体系能量可以为任意的、连 能量量子化能量量子化。续变化的数值。续变化的数值。不确定度关系无实际意义不确定度关系无实际意义 遵循不确定度关系遵循不确定度关系二、微观粒子和宏观物体的特性对比二、微观粒子和宏观物体的特性对比
14、三、不确定关系的物理意义和微观本质三、不确定关系的物理意义和微观本质1.1.物理意义：物理意义：微观粒子不可能微观粒子不可能同时同时具有确定的位置和具有确定的位置和动量。粒子位置的不确定量动量。粒子位置的不确定量 x x越小，越小，动量的不确定量动量的不确定量 P P就越大，反之亦然。就越大，反之亦然。2.2.微观本质：微观本质：是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然结果。遵从统计规律的必然结果。不确定关系不确定关系式式表明表明：微观粒子的坐标测得愈准确微观粒子的坐标测得愈准确(x0)，动量就愈不准确动量就愈不准确(px)；微观粒子的动量测得
15、愈准确微观粒子的动量测得愈准确(px0)，坐标，坐标就愈不准确就愈不准确(x)。但这里要注意，不确定关系但这里要注意，不确定关系 不是说微观粒子的坐标测不准；不是说微观粒子的坐标测不准；也不是说微观粒子的动量测不准；也不是说微观粒子的动量测不准；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准；而是说微观粒子的坐标和动量不能而是说微观粒子的坐标和动量不能同时同时测准。测准。因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量。定量。这本质上是微观粒子具有波粒二象性的必然反映。这本质上是微观粒子具有波粒二象性的必然反映。由上讨论可知，
16、不确定关系是自然界的一条由上讨论可知，不确定关系是自然界的一条客观客观规律规律,不是测量技术和主观能力的问题。不是测量技术和主观能力的问题。不确定关系提供了一个判据：不确定关系提供了一个判据：当不确定关系施加的限制当不确定关系施加的限制可以忽略可以忽略时，则可时，则可以用以用经典理论经典理论来研究粒子的运动。来研究粒子的运动。当不确定关系施加的限制当不确定关系施加的限制不可以忽略不可以忽略时，那时，那只能用只能用量子力学理论量子力学理论来处理问题。来处理问题。为什么微观粒子的坐标和动量不能为什么微观粒子的坐标和动量不能同时同时测准测准?1(多多)以下说法中正确的是以下说法中正确的是 ()A光波
17、和物质波都是概率波光波和物质波都是概率波B实物粒子不具有波动性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，光通过狭缝后在屏上形成明暗相间的条纹，光子在光子在 空间出现的概率可以通过波动规律确定空间出现的概率可以通过波动规律确定2为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成感光胶片，并设法减弱光的强度，中将光屏换成感光胶片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是下列说法正确的是 ()A曝光时间很短的照片可清楚地看出光的粒子曝光时间很短的照片可清楚地看出光的粒子性，曝光时
18、间很长的照片，大量亮点聚集起来看性，曝光时间很长的照片，大量亮点聚集起来看起来是连续的，说明大量光子不具有粒子性起来是连续的，说明大量光子不具有粒子性B单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量单个光子通过双缝后的落点无法预测，大量光子打在胶片上的位置表现出波动规律光子打在胶片上的位置表现出波动规律C单个光子通过双缝后做匀速直线运动单个光子通过双缝后做匀速直线运动D干涉条纹的亮条纹处光子到达的概率大，暗干涉条纹的亮条纹处光子到达的概率大，暗条纹处光子不能到达条纹处光子不能到达B3(多多)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的从单缝射入的整个光强的
19、95%以上假设现在以上假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子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CD4.(多多)关于不确定性关系关于不确定性关系xph/4有以下几种理有以下几种理解，正确的是解，正确的是()A微观粒子的动量不可确定微观粒子的动量不可确定B微观粒子的位置不可确定微观粒子的位置不可确定C微观粒子的动量和位置不可同时确定微观粒子的动量和位置不可同时确定D不确定关系不仅适用于电子和光子等微观粒不确定关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适于宏观物体子，也适于宏观物体
