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1、高考导航,本部分内容高考一般不独立命题,重点考查对概率波及不确定性关系的理解.仅限于识记层面,试题较易。,17.4概率波-17.5不确定性关系,1.经典粒子经典粒子有一定的质量和空间大小,遵循牛顿第二定律,在任意时刻有确定的位置和速度,在时空中有确定的轨道。根据经典力学,只要知道物体的初始条件(初始位置、初始速度)及受力情况,由牛顿运动定律就能确定它们以后任意时刻的位置和速度,进而确定它们在空间中的运动轨迹。2.经典波在空间是散开的,具有确定的频率和波长,具有时空的周期性。深度理解在经典物理学中,波和粒子是两种不同的研究对象,具有非常不同的特征.但在微观领域中,光和电子、质子等粒子,都集粒子性
2、和波动性于一身,具有波粒二象性.,一、经典的粒子和经典的波,1.实验现象分析物理学家做了如图所示的实验,帮助我们认识光的波动性和粒子性的统一。在双缝干涉的屏处放上感光底片,如果让光子一个一个地通过双缝,在曝光量很小时,底片上出现不规则分布的点,表现出光的粒子性。如果曝光量很大,底片上出现规则的干涉条纹,表现出光的波动性。,二、概率波,(1)单个光子运动的偶然性(粒子性)用弱光照射双缝,当照射时间很短时,底片上出现的是散乱的感光点，这一个个感光点表明光在与底片作用(使其感光)时,是一份一份进行的;同时,感光点的散乱还表明单个光子通过双缝后到达底片的位置是随机的,是预先不能确定的；(2)大量光子运
3、动的必然性(波动性)当弱光照射双缝较长一段时间后,有大量光子先后通过双缝落在底片上,出现大量的感光点,这些感光点形成一条条感光带,这正是光的双缝干涉条纹.在亮纹(感光强)处到达的光子多,单个光子到达亮纹处的概率大,而在暗纹(感光弱)处,光子到达的概率小,所以,尽管单个光子通过双缝后落在底片上何处是随机的,但它到达底片上某位置处的概率大小却符合波动规律。,二、概率波,2.概率波的定义在双缝干涉图样中,条纹的明暗表示到达屏上光子数目概率的不同,对于某个光子不能确定落在哪一点,即光子落在各点的概率不一样的,但光子落在亮条纹处的概率大,落在暗条纹处的概率小。光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定,
4、像这样的波就是概率波。从这个意义上看,光是一种概率波。,二、概率波,说明：(1)概率是一种统计概念,少量光子的行为显示不出概率统计规律,大量光子才显示出这种规律.“概率波”实际上是将光的波动性和粒子性统一起来的一种说法；(2)电子和其他微观粒子,同样具有波粒二象性,所以与它们相联系的物质波也是概率波；(3)微观粒子的运动不再遵循牛顿运动定律。,二、概率波,1.认识微观粒子运动的基本特征微观粒子的运动不再遵守牛顿运动定律,不可能同时准确地知道粒子的位置和动量,因而也就不可能用“轨迹”来描述粒子的运动,微观粒子的运动状态只能通过大量粒子的运动做统计性的描述。2.不确定性关系在经典力学中,一个质点的
5、位置和动量是可以同时精确测定的,而在量子理论中,要同时准确地测出微观粒子的位置和动量是不可能的,即不能同时用位置和动量来描述微观粒子的运动,我们把这种关系叫做不确定性关系。,三、不确定性关系,3.不确定性关系表达式、物理意义、适用范围(1)表达式如果以x表示粒子位置的不确定量,以p表示粒子在x方向的动量的不确定量,那么xp4(h是普朗克常量)。说明：普朗克常量h是不确定性关系中的重要角色,如果h的值可忽略不计,这时微粒的位置、动量可同时有确定的值;如果h的值不能忽略,这时必须要考虑微粒的波粒二象性.可以说h是划分经典物理学和量子力学的一个界限。,三、不确定性关系,(2)物理意义微观粒子的位置测
6、得越准确(x0),动量就越不准确(p);微观粒子的动量测得越准确(p0),位置就越不准确(x)。注意：不确定性关系不是说微观粒子的位置测不准,也不是说微观粒子的动量测不准,更不是说微观粒子的位置和动量都测不准,而是说微观粒子的位置和动量不能同时测准。,三、不确定性关系,正如我们在经典力学中所知道的,对于宏观粒子,它在任意时刻的位置和动量都可同时确定,而对微观粒子来说,同时确定其位置和动量是没有意义的,这是因为x和p不可能同时为零。当欲精确地确定粒子的位置(即x0)时,其动量必然更不精确(p),反之亦然，微观粒子的这个特性是由于它既具有粒子性,也具有波动性。(3)适用范围它不仅适用于电子,也适用
7、于其他微观粒子.不确定性关系表明:对于微观粒子不能同时用确定的位置和确定的动量来描述。,三、不确定性关系,单缝衍射中的不确定性单缝衍射时,屏上各点的亮度反映了粒子到达各点的概率。如果把这个概率的分布在坐标系中表示出来,就是图右侧的曲线。入射的粒子有确定的动量,但它们可以处于挡板左侧的任何位置,也就是说,粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的。对于通过挡板狭缝的粒子,它们的位置不确定量减小了,但动量的不确定量增大了。微观粒子具有波动性,会发生衍射,大部分粒子在到达狭缝之前沿水平方向运动,而在经过狭缝之后,有些粒子跑到投影位置以外,这些粒子具有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完全是随机的,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。,三、不确定性关系,由不确定性关系可知原子中的电子在原子核周围的运动是不确定的,因而不能用“轨道”来描述它的运动。电子在空间各点出现的概率是不同的，当原子处于稳定状态时,电子会形成一个稳定的概率分布.人们常用一些小黑圆点来表示这种概率分布,概率大的地方小黑圆点密一些,概率小的地方小黑圆点疏一些。这样的电子概率分布图如同电子在原子核周围形成云雾,称为“电子云”。电子云是原子核外电子位置不确定的反映。,四、电子云,课堂小结,作业,1.先复习今天所讲基础内容完成本节大小本；2.完成习题课课件。,