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1、第五节不确定性关系第五节不确定性关系课前自主学案课前自主学案核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练课标定位课标定位知能优化训练知能优化训练 第五节第五节课标课标定位定位学学习习目目标标：1.了了解解经经典典的的粒粒子子和和经经典典的的波波的的基基本特征本特征2知知道道什什么么是是概概率率波波，知知道道光光波波和和物物质质波波都都是概率波是概率波3知知道道“不不确确定定性性关关系系”的的物物理理表表述述及及物物理理意意义义重点重点难难点：点：1.对经对经典的波和概率波的理解典的波和概率波的理解2对对“不确定性关系不确定性关系”的的认识认识课前自主学案课前自主学案一、一、经经典的粒子和典
2、的粒子和经经典的波典的波1经经典的粒子：粒子有一定的空典的粒子：粒子有一定的空间间大小，有一大小，有一定的定的质质量，有的量，有的还还具有具有电电荷，它荷，它们们的运的运动动遵从遵从牛牛顿顿第二定律，其基本特征第二定律，其基本特征为为：在任意：在任意时时刻有刻有确定的确定的_和和_，在，在时时空中有确定的空中有确定的_2经经典的波：具有确定的典的波：具有确定的_和和_，具有具有时时空的周期性空的周期性位置位置速度速度轨轨道道频频率率波波长长二、概率波二、概率波1概念概念在双在双缝缝干涉干涉图样图样中，条中，条纹纹的明暗表示到达屏上的明暗表示到达屏上光的光的强强度不同，每个同度不同，每个同频频率
3、光子都率光子都带带有相同的有相同的一份能量，光的一份能量，光的强强度度对应对应于光子的数目明于光子的数目明纹纹处处到达的光子数多，暗到达的光子数多，暗纹处纹处到达的光子数少到达的光子数少可可见见光子落在各点的概率是不一光子落在各点的概率是不一样样的，光子落的，光子落在明在明纹处纹处的概率大，落在暗的概率大，落在暗纹处纹处的概率小即的概率小即光子在空光子在空间间出出现现的概率可以用波的概率可以用波动动的的规规律去确律去确定所以定所以说说光波是一种光波是一种_波波概率概率2实验实验探究探究图图1741图图1741中中甲甲是是用用很很弱弱的的光光源源做做双双缝缝干干涉涉实实验验的装置乙的装置乙图图的
4、曝光的曝光时间时间最短，最短，显显示出光的示出光的_，丙、丁，丙、丁图图中光子到达的区域正好是中光子到达的区域正好是波通波通过过双双缝缝后后发发生干涉生干涉时时的的_区域，表区域，表明光具有明光具有_如果使光源更微弱，使同一如果使光源更微弱，使同一时时刻只有一个光子刻只有一个光子飞飞向感光屏，不同曝光向感光屏，不同曝光时间摄时间摄得的照片仍和乙、丙、得的照片仍和乙、丙、丁相同，表明波丁相同，表明波动动性是光子本身的属性性是光子本身的属性粒子性粒子性明条明条纹纹波波动动性性三、不确定性关系三、不确定性关系1实验现实验现象分析象分析(1)单单缝缝衍衍射射实实验验因因光光子子到到达达屏屏上上的的范范
5、围围超超出出单单缝缝投投影影范范围围，说说明明光光子子已已不不是是经经典典粒粒子子，其其运运动动不再遵守不再遵守_(2)屏上各点的亮度屏上各点的亮度实质实质上反映了粒子到达上反映了粒子到达该该点点的概率，的概率，说说明粒子的运明粒子的运动动具有具有_牛牛顿顿运运动动定律定律波波动动性性更不准确更不准确同同时时轨轨迹迹核心要点突破核心要点突破一、一、对对概率波的理解概率波的理解1单单个粒子运个粒子运动动的偶然性的偶然性我我们们可以知道粒子落在某点的概率，但不能可以知道粒子落在某点的概率，但不能预预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是随机的，是
6、预预先不能确定的先不能确定的2大量粒子运大量粒子运动动的必然性的必然性 由波由波动规动规律，我律，我们们能准确地知道大量粒子运能准确地知道大量粒子运动动时时的的统计规统计规律，因此我律，因此我们们可以可以对对宏宏观现观现象象进进行行预预言言3概率波体概率波体现现了波粒二象性的和了波粒二象性的和谐统谐统一一概率波的主体是光子、概率波的主体是光子、实实物粒子，体物粒子，体现现了粒子性了粒子性的一面；同的一面；同时时粒子在某一位置出粒子在某一位置出现现的概率受波的概率受波动动规规律支配，体律支配，体现现了波了波动动性的一面，所以性的一面，所以说说，概率，概率波将波波将波动动性和粒子性性和粒子性统统一
7、在一起了一在一起了特特别别提提醒醒：(1)德德布布罗罗意意波波是是一一种种概概率率波波，是是指指在在一一般般情情况况下下，无无法法准准确确描描述述粒粒子子的的位位置置，无无法法用用轨轨迹迹描描述述粒粒子子的的运运动动，粒粒子子在在空空间间某某点点出出现现的概率受波的概率受波动规动规律支配律支配(2)德布德布罗罗意波不同于宏意波不同于宏观观的机械波，更不能理的机械波，更不能理解解为为粒子做曲粒子做曲线线运运动动二、二、对对不确定性关系的理解不确定性关系的理解1粒子位置的不确定性粒子位置的不确定性单缝单缝衍射衍射现现象中，入射的粒子有确定的象中，入射的粒子有确定的动动量，但量，但它它们们可以可以处
8、处于于挡挡板左板左侧侧的任何位置，粒子在的任何位置，粒子在挡挡板板左左侧侧的位置是完全不确定的的位置是完全不确定的2粒子粒子动动量的不确定性量的不确定性微微观观粒子具有波粒子具有波动动性，会性，会发发生衍射大部分粒生衍射大部分粒子到达狭子到达狭缝缝之前沿水平方向运之前沿水平方向运动动，而在，而在经过经过狭狭缝缝之后，有些粒子跑到之后，有些粒子跑到缝缝的投影位置以外的投影位置以外这这些粒子具有了与其原来运些粒子具有了与其原来运动动方向垂直的方向垂直的动动量量由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是完全随机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的，所以粒子在垂直方向上的动动量也
9、具有不确量也具有不确定性，不确定量的大小可以由中央亮条定性，不确定量的大小可以由中央亮条纹纹的的宽宽度来衡量度来衡量3位置和位置和动动量的不确定关系量的不确定关系在粒子的衍射在粒子的衍射现现象中，象中，设设有粒子通有粒子通过过狭狭缝缝后落在后落在屏上，狭屏上，狭缝宽缝宽度度为为a(用坐用坐标标表示表示为为x)，那么某个，那么某个粒子通粒子通过过狭狭缝时缝时位于位于缝缝中的哪一点是不确定的，中的哪一点是不确定的，不确定的范不确定的范围为围为x；若是宏；若是宏观观粒子，它通粒子，它通过过狭狭缝缝后会直接落到后会直接落到缝缝的投影位置上，我的投影位置上，我们们知道微知道微观观粒粒子具有波子具有波动动
10、性，性，经过经过狭狭缝缝后会后会发发生衍射，有些粒生衍射，有些粒子会偏离原来的运子会偏离原来的运动动方向跑到了投影位置以外的方向跑到了投影位置以外的地方，地方，这这就意味着粒子有了与原来运就意味着粒子有了与原来运动动方向垂直方向垂直的的动动量量(位于与原运位于与原运动动方向垂直的平面上方向垂直的平面上)又由于又由于粒子落在何粒子落在何处处是随机的，所以粒子在垂直于运是随机的，所以粒子在垂直于运动动方向上的方向上的动动量具有不确定性，不确定量量具有不确定性，不确定量为为p.课堂互动讲练课堂互动讲练类类型一型一对概率波的理解对概率波的理解物物理理学学家家做做了了一一个个有有趣趣的的实实验验：在在双
11、双缝缝干干涉涉实实验验中中，在在光光屏屏处处放放上上照照相相底底片片，若若减减弱弱光光流流的的强强度度，使使光光子子只只能能一一个个一一个个地地通通过过狭狭缝缝，实实验验结结果果表表明明，如如果果曝曝光光时时间间不不太太长长，底底片片上上只只出出现现一一些些不不规规则则的的点点子子；如如果果曝曝光光时时间间足足够够长长，底底片片上上就就出出现现了了规规则则的的干干涉涉条条纹纹，对对这这个个实实验验结结果果有有下列下列认识认识，其中正确的是，其中正确的是()例例例例1 1A曝曝光光时时间间不不长长时时，光光子子的的能能量量太太小小，底底片片上的条上的条纹纹看不清楚，故出看不清楚，故出现现不不规则
12、规则的点子的点子B单单个光子的运个光子的运动动没有确定的没有确定的轨轨道道C干干涉涉条条纹纹中中明明亮亮的的部部分分是是光光子子到到达达机机会会较较多的地方多的地方D只有大量光子的行只有大量光子的行为为才能表才能表现现出波出波动动性性【思路点思路点拨拨】光是概率波，光是概率波，单单个光子的运个光子的运动动具有偶然性，大量光子的运具有偶然性，大量光子的运动动具有必然性具有必然性【精精讲讲精析精析】光波是概率波，光波是概率波，单单个光子没有个光子没有确定的确定的轨轨道，其到达某点的概率受波道，其到达某点的概率受波动规动规律支律支配，少数光子落点不确定体配，少数光子落点不确定体现现粒子性，大量光粒子
13、性，大量光子的行子的行为为符合符合统计规统计规律，受波律，受波动规动规律支配，才律支配，才表表现现出波出波动动性，出性，出现现干涉中的亮干涉中的亮纹纹或暗或暗纹纹，故，故A错误错误，B、D正确；干涉条正确；干涉条纹纹中的亮中的亮纹处纹处是光是光子到达机会多的地方，暗子到达机会多的地方，暗纹处纹处是光子到达机会是光子到达机会少的地方，但也有光子到达，故少的地方，但也有光子到达，故C正确正确【答案答案】BCD【方法方法总结总结】单单个光子到达的位置是不确个光子到达的位置是不确定的，大量光子遵从波定的，大量光子遵从波动规动规律亮条律亮条纹处纹处光子光子到达的概率大，暗条到达的概率大，暗条纹处纹处光子
14、到达的概率小光子到达的概率小变变式式训训练练1在在单单缝缝衍衍射射实实验验中中，中中央央亮亮纹纹的的光光强强占占从从单单缝缝射射入入的的整整个个光光强强的的95%以以上上假假设设现现在在只只让让一个光子通一个光子通过单缝过单缝，那么，那么该该光子光子()A一定落在中央亮一定落在中央亮纹处纹处B一定落在亮一定落在亮纹处纹处C可能落在暗可能落在暗纹处纹处D落在中央亮落在中央亮纹处纹处的可能性最大的可能性最大解析：解析：选选CD.根据光的概率波的概念，根据光的概率波的概念，对对于一个于一个光子通光子通过单缝过单缝落在何落在何处处，是不可确定的，但概率，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮最大的是落在中央亮纹处纹处，可达，可达95%以上当然以上当然也可能落在其他亮也可能落在其他亮纹处纹处，还还可能落在暗可能落在暗纹处纹处，只，只不不过过落在暗落在暗纹处纹处的概率很小而已，故只有的概率很小而已，故只有C、D正确正确类类型二型二不确定关系不确定关系例例例例2 2【答案答案】见见自主解答自主解答【方法方法总结总结】由于宏由于宏观观物体的不确定量很小，物体的不确定量很小，可以忽略不可以忽略不计计，所以宏，所以宏观观物体运物体运动时动时不需要考不需要考虑虑不确定性关系不确定性关系