高中物理 第十七章 波粒二象性 4.5 概率波與不確定關(guān)系課件 新人教版選修35.ppt

17 4概率波17 5不確定關(guān)系 第十七章波粒二象性 光具有波動(dòng)性 又有粒子性 即波粒二象性 光在傳播過程中表現(xiàn)出波動(dòng)性 如干涉 衍射 偏振現(xiàn)象 光在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)表現(xiàn)出粒子性 如光電效應(yīng) 康普頓效應(yīng) 光子能量和動(dòng)量為 二 經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波 1 經(jīng)典的粒子的基本特征 粒子有一定的空間大小 一定的質(zhì)量和電荷量 粒子的運(yùn)動(dòng)遵從牛頓第二定律 粒子有確定的位置 速度以及時(shí)空中確定的軌道 2 經(jīng)典的波的基本特征 在空間具有彌散性 具有一定的頻率 波長(zhǎng)具有時(shí)空的周期性 光 波 具有粒子性 1 德布羅意假設(shè) 那么實(shí)物粒子也應(yīng)具有波動(dòng)性 實(shí)物粒子具有波動(dòng)性嗎 l v debroglie 法 1892 1986 從自然界的對(duì)稱性出發(fā) 認(rèn)為 既然光 波 具有粒子性 1924 11 29德布洛意把題為 量子理論的研究 的博士論文提交巴黎大學(xué) 三 實(shí)物粒子的波動(dòng)性 與粒子相聯(lián)系的波稱為物質(zhì)波 或德布羅意波 一個(gè)能量為e 動(dòng)量為p的實(shí)物粒子同時(shí)具有波動(dòng)性 他在論文中指出 關(guān)系與光子一樣 它的波長(zhǎng) 頻率 和e p的 愛因斯坦 德布羅意關(guān)系式 朗之萬把德布洛意的文章寄給愛因斯坦 愛因斯坦稱贊說 揭開了自然界巨大帷幕的一角 瞧瞧吧 看來瘋狂 可真是站得住腳呢 論文獲得了評(píng)委會(huì)的高度評(píng)價(jià) 1927年g p 湯姆遜 j j 湯姆遜之子 也獨(dú)立完成了電子衍射實(shí)驗(yàn) 與c j 戴維森共獲1937年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 電子衍射實(shí)驗(yàn) 電子束在穿過細(xì)晶體粉末或薄金屬片后 也象x射線一樣產(chǎn)生衍射現(xiàn)象 此后 人們相繼證實(shí)了原子 分子 中子等都具有波動(dòng)性 2 粒子波動(dòng)性的驗(yàn)證 3 德布羅意波的統(tǒng)計(jì)解釋1926年德國(guó)物理學(xué)家波恩提出了概率波 認(rèn)為個(gè)別微觀粒子在何處出現(xiàn)有一定的偶然性 但大量粒子在空間何處出現(xiàn)的空間分布卻服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律 光的強(qiáng)弱對(duì)應(yīng)于光子的數(shù)目 明紋處達(dá)到的光子數(shù)多 明紋表示光子達(dá)到的概率大 暗紋反之 甲 丙 乙 7個(gè)電子 100個(gè)電子 3000 20000 一個(gè)一個(gè)電子依次入射雙縫的衍射實(shí)驗(yàn) 70000 體現(xiàn)了粒子性 體現(xiàn)了波動(dòng)性 通過上述實(shí)驗(yàn)可知 雖然不能肯定某個(gè)光子落在哪一點(diǎn) 但在屏上各處明暗不同可以推知 光子落在各點(diǎn)的概率是不一樣的 即光子落在明紋處的概率大 落在暗處的概率小 則光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過衍射 干涉的明暗條紋這樣的波動(dòng)規(guī)律確定 光是一種概率波 物質(zhì)波也具有波粒二象性 同樣物質(zhì)波也是概率波 現(xiàn)象 1 單個(gè)粒子的位置是不確定的 但在某點(diǎn)附近出現(xiàn)的概率的大小可以由波動(dòng)規(guī)律確定 2 大量粒子 概率的分布導(dǎo)致確定的宏觀結(jié)果 粒子數(shù)越多 規(guī)則的條紋越來越明顯 四 概率波 波動(dòng)性是光子間相互作用的結(jié)果嗎 波動(dòng)性不是光子間相互作用引起的 而是光子自身固有的性質(zhì) 光是一種概率波 不能確定某時(shí)刻某個(gè)光子落在哪個(gè)位置 光子落在某一位置附近的概率可以確定 且光子在空間出現(xiàn)的概率可通過波動(dòng)的規(guī)律確定 光子在某位置出現(xiàn)的概率大 對(duì)大量光子來說達(dá)到該位置的光子數(shù)多 該位置出現(xiàn)明條紋 反之出現(xiàn)暗條紋 對(duì)實(shí)物粒子的波粒二象性的理解 1 與實(shí)物粒子相聯(lián)系的物質(zhì)波也是概率波 即單個(gè)粒子的位置是不確定的 但粒子在某點(diǎn)附近的概率的大小可以由波動(dòng)的規(guī)律確定 2 對(duì)大量粒子來說 概率大的位置達(dá)到的粒子數(shù)多 概率小的位置達(dá)到的粒子數(shù)少 五 不確定性關(guān)系 經(jīng)典力學(xué) 運(yùn)動(dòng)物體有完全確定的位置 動(dòng)量 能量等 微觀粒子 位置 動(dòng)量等具有不確定量 概率 電子衍射中的不確定性 一束電子以速度v沿oy軸射向狹縫 電子在中央主極大區(qū)域出現(xiàn)的幾率最大 y 光強(qiáng) x表示粒子位置的不確定量 p表示沿x軸的動(dòng)量不確定量 x越小 明紋寬度越大 角越大 p的不確定量越大 衍射越明顯 反之 p的不確定量越小 不確定性關(guān)系 1 能否同時(shí)精確測(cè)出微粒的位置和動(dòng)量 微觀粒子的位置和動(dòng)量不能同時(shí)確定 若位置的不確定量減小了 動(dòng)量的不確定量就會(huì)增大 若粒子有確定的動(dòng)量 其位置就完全不確定 2 不確定性關(guān)系若用 x表示位置的不確定量 用 p表示粒子在x方向上的動(dòng)量的不確定量 則 不確定關(guān)系式表明 微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)得愈準(zhǔn)確 x 0 動(dòng)量就愈不準(zhǔn)確 p 微觀粒子的動(dòng)量測(cè)得愈準(zhǔn)確 p 0 坐標(biāo)就愈不準(zhǔn)確 x 但這里要注意 不確定關(guān)系不是說微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)不準(zhǔn) 也不是說微觀粒子的動(dòng)量測(cè)不準(zhǔn) 更不是說微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量都測(cè)不準(zhǔn) 而是說微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)測(cè)準(zhǔn) 這是因?yàn)槲⒂^粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量本來就不同時(shí)具有確定量 這本質(zhì)上是微觀粒子具有波粒二象性的必然反映 由上討論可知 不確定關(guān)系是自然界的一條客觀規(guī)律 不是測(cè)量技術(shù)和主觀能力的問題 不確定關(guān)系提供了一個(gè)判據(jù) 當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制可以忽略