1、3.1.3 粒子的波动性 3.1.4 概率波 3.1.5 不确定性关系,一、光的波粒二象性 1.19世纪初托马斯杨、菲涅耳、马吕斯等分别观察到了光的 、 和偏振现象。 2.19世纪60年代和80年代，麦克斯韦和赫兹先后从理论上和实验上确认了光的_本质。 3.光电效应和康普顿效应揭示了光的 。,干涉,衍射,电磁波,粒子性,4.,波动性,衍射,粒子性,光电效应,波动性,粒子性,波粒,二象性,5.光子的能量和动量(1)能量： 。(2)动量：p 。 6.意义：能量和动量p是描述物质的 性的重要物理量；波长和频率是描述物质的 性的典型物理量。因此 和p 揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系。,h,粒子
2、,波动,h,思考判断,(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性。( ) (2)光子数量越大，其粒子性越明显。( ) (3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子。( ) 答案 (1) (2) (3),二、粒子的波动性及实验验证 1.粒子的波动性(1)德布罗意波：每一个 的粒子都与一个对应的波相联系，这种与_相联系的波称为德布罗意波，也叫 。(2)物质波的波长： 。(3)物质波的频率： 。,运动,实物粒子,物质波,2.物质波的实验验证,干涉,干涉,电子束,电子,电子,波动性,思考判断,(1)一切宏观物体的运动都伴随一种波，即物质波。( ) (2)湖面上的水波就是物质波。( ) (3)电
3、子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性。( ) 答案 (1) (2) (3),三、经典的粒子和经典的波 1.经典粒子(1)含义：粒子有一定的 ，具有一定的 ，有的还带有 。(2)运动的基本特征：遵从 ，任意时刻有确定的位置和 ，在时空中有确定的 。 2.经典的波(1)含义：在空间是 的。(2)特征：具有 和 ，即具有时空的 。,空间大小,质量,电荷,牛顿运动定律,速度,轨道,弥散开来,频率,波长,周期性,思考判断,(1)经典的粒子的运动适用牛顿第二定律。( ) (2)经典的波在空间传播具有周期性。( ) (3)经典的粒子和经典的波研究对象相同。( ) 答案 (1) (2) (3),四、概率波 1
4、.光波是一种概率波：光的波动性不是光子之间的 引起的，而是光子自身 的性质，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以，光波是一种概率波。 2.物质波也是概率波：对于电子和其他微观粒子，单个粒子的位置是 的，但在某点附近出现的概率的大小可以由 的规律确定。对于大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果，所以物质波也是概率波。,相互作用,固有,不确定,波动,思考判断,(1)光子通过狭缝后落在屏上的位置是可以确定的。( ) (2)光子通过狭缝后落在屏上明纹处的概率大些。( ) (3)电子通过狭缝后运动的轨迹是确定的。( ) 答案 (1) (2) (3),不确定性,xp,思维拓展,对微观粒子的运
5、动分析能不能用“轨迹”来描述？ 答案 微观粒子的运动遵循不确定关系，也就是说，要准确确定粒子的位置，动量(或速度)的不确定量就更大；反之，要准确确定粒子的动量(或速度)，位置的不确定量就更大，也就是说不可能同时准确地知道粒子的位置和动量。因而不可能用“轨迹”来描述粒子的运动。,光的波粒二象性的理解,1.大量光子产生的效果显示出波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性。 2.光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量。和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波。 3.频率低、波长长的光，波动性特征显
6、著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著。 4.光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此h揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系。,要点归纳,例1 下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是( ),A.有的光是波，有的光是粒子 B.光子与电子是同样的一种粒子 C.光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著 D.大量光子的行为往往显示出粒子性 审题指导 (1)在宏观现象中，波与粒子是对立的概念，而在微观世界中，波与粒子可以统一。 (2)光具有波粒二象性是指光在传播过程中和其他物质作用时分别表现出波和粒子的特性。,精典示例,解析 一切光都具有波粒二象性，光的有
7、些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子。虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子。光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性。光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著，故选项C正确，A、B、D错误。 答案 C,针对训练1 (多
8、选)人类对光的本性的认识经历了曲折的过程。下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是( ),A.牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的 B.光的双缝干涉实验显示了光具有波动性 C.麦克斯韦预言了光是一种电磁波 D.光具有波粒二象性,解析 牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，显然选项A错误；干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，选项B正确；麦克斯韦根据光的传播不需要介质以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等，从而认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，选项C正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波
9、粒二象性，选项D正确。 答案 BCD,对物质波的理解,1.任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小。 2.物质波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不能以宏观观点中的波来理解德布罗意波。 3.德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波。,要点归纳,精典示例,答案 AC,1.单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的
10、，是预先不能确定的。 2.大量粒子运动的必然性：由波动规律我们可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律，因此我们可以对宏观现象进行预言。 3.概率波体现了波粒二象性的和谐统一：概率波的主体是光子、实物粒子，体现了粒子性的一面；同时粒子在某一位置出现的概率受波动规律支配，体现了波动性的一面，所以说概率波将波动性和粒子性统一在一起。,对概率波的理解,要点归纳,例3 关于电子的运动规律，以下说法正确的是( ),A.电子如果不表现波动性，则无法用轨迹来描述它们的运动，其规律遵循牛顿定律 B.电子如果不表现波动性，则可以用轨迹来描述它们的运动，其规律遵循波动规律 C.电子如果表现波动性，则无法用轨迹来描述
11、它们的运动，空间分布的概率遵循波动规律 D.电子如果表现波动性，则可以用轨迹来描述它们的运动，其规律遵循牛顿定律 审题指导 (1)电子无论是表现出波动性还是表现出粒子性，都与经典的波和经典的粒子不同，没有确定的轨迹，不遵循牛顿运动定律。 (2)只能确定电子在某点附近出现的概率，且概率的空间分布情况遵循波动规律。,精典示例,解析 电子的运动属于概率波，少量电子表现出粒子性，不遵循牛顿运动定律，无法用轨迹描述其运动，选项A、B错误；大量电子表现出波动性，无法用轨迹描述其运动，可确定电子在某点附近出现的概率，且概率波遵循波动规律，选项C正确，D错误。 答案 C,针对训练3 (多选)在单缝衍射实验中，
12、中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上，假设现在只让一个光子能通过单缝，那么该光子( ),A.一定落在中央亮纹处 B.一定落在亮纹处 C.可能落在暗纹处 D.落在中央亮纹处的可能性最大 解析 根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达95%以上，当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故只有选项C、D正确。 答案 CD,1.单缝衍射现象中，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的，即通过挡板前粒子的位置具有不确定性。 2.单缝衍射现象中，粒子通过狭缝后，在垂直原来运动方向的动量是不确定的，即通过挡板后
13、粒子的动量具有不确定性。,对不确定性关系的理解,要点归纳,4.不确定性关系告诉我们，如果要更准确地确定粒子的位置(即x更小)，那么动量的测量一定会更不准确(即p更大)，也就是说，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，也不可能用“轨迹”来描述粒子的运动。,A.微观粒子的动量不可能确定 B.微观粒子的坐标不可能确定 C.微观粒子的动量和坐标不可能同时确定 D.不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观粒子,精典示例,答案 CD,A.采取办法提高测量x精度时，p的精度下降 B.采取办法提高测量x精度时，p的精度上升 C.x与p测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关 D.x与p测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关 解析 不确定性关系表明，无论采用什么方法试图确定位置坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定性关系所给出的限度。故选项A、D正确。 答案 AD,
