高中物理選修3517.4概率波課件

1、, 4 概率波,1. 知道概率波與經(jīng)典波的差異。 2. 知道光波和物質(zhì)波都是概率波。 3. 知道微觀粒子干涉、衍射的明暗條紋與粒子落點概率大小的關系。 4. 知道少量運動粒子表現(xiàn)出明顯的粒子性，大量運動粒子表現(xiàn)出明顯的波動性。,首先通過經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波的對比，提出光子的落點特點，引出概率波的概念。再通過電子雙縫衍射的實驗，得出物質(zhì)波不是經(jīng)典波，微觀粒子也不是經(jīng)典粒子的結論。最后通過電子干涉條紋對概率波的驗證，知道光是一種概率波。 在介紹電子雙縫衍射部分時，舉“機關槍射子彈”的例子，能有效的說明落點概率的特點，能較好的說明概率波現(xiàn)象。并且充分應用物理學家的歷史資料，不但有真實感，增強了說服力

2、，而且也能對學生進行啟發(fā)教育，有利于培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和科學精神，激發(fā)學生的探索精神。,經(jīng)典的粒子經(jīng)典的波（經(jīng)典物理學關于粒子和波的概念） 經(jīng)典的粒子： 具有空間大小、質(zhì)量、電量等，遵從牛頓第二定律，任意 時刻有確定的位置和速度，以及確定的運動軌跡。 經(jīng)典的波： 某種物理量呈時空周期性的分布 ( 確定的點處具有時間周期 性，確定的方向上具有空間周期性)，特征是具有頻率和波長。,顯然，在經(jīng)典的傳統(tǒng)觀念中，一個客體要么是粒子，要么是波，非此即彼！ 為什么光子、電子和質(zhì)子等微觀粒子又能集這兩種互不相容的屬性于一身呢？,一、概率波,明紋處到達的光子數(shù)多，暗紋處到達的光子數(shù)少。,這是否可以認為，是光子之

3、間的相互作用使它表現(xiàn)出了波動性，而不是光子本身就具有波動性呢？,一個光子通過狹縫后到底落在屏上的哪一點呢？,1926年德國物理學家波恩指出：光子落在明處的概率大，落在暗處的概率小。,光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動的規(guī)律確定，所以從光子的概念上看，光波是刻畫光子在空間的概率分布的一種概率波。,電子雙縫衍射,1. 用足夠強的電子束進行雙縫衍射, 出現(xiàn)了明暗相間的衍射條紋，體現(xiàn)電子的波動性, 衍射條紋掩飾了電子的粒子性 未能體現(xiàn)電子在空間分布的概率性質(zhì), 得到的結果與光的雙縫衍射結果一樣,2. 用非常弱的電子束進行雙縫衍射, 單個電子的運動方向是完全不確定的 具有概 率分布 一定條件下，電子運動方

4、向的概率具有確定的 規(guī)律, 開始電子打在屏幕上的位置是任意的 隨著時間推移，電子具有穩(wěn)定的分布 出現(xiàn)清晰衍射條紋 和強電子束在短時間形成 的一樣, 經(jīng)典的波是介質(zhì)中質(zhì)元共同振動形成的 雙縫衍射中體現(xiàn)為無論電子強度多么弱，屏幕上 出現(xiàn)的是強弱連續(xù)分布的衍射條紋, 實際上在電子強度弱的情形中 電子在屏幕上的分布是隨機的，完全不確定的,物質(zhì)波不是經(jīng)典波, 經(jīng)典粒子雙縫衍射, 子彈可以看作是經(jīng)典粒子 假想用機關槍掃射雙縫 A 和 B，屏幕 C 收集子彈數(shù)目,微觀粒子不是經(jīng)典粒子,1. 將狹縫 B 擋住, 子彈通過 A 在屏幕 C 上有一定的分布, 類似于單縫衍射的中央主極大 P1 子彈落在中央主極大范

5、圍的概率分布,2. 將狹縫 A 擋住, 子彈通過狹縫 B 在屏幕 C 上有一定的分布, 類似于單縫衍射的中央主極大 P2 子彈落在中央主極大范圍的概率分布,3. A 和 B 狹縫同時打開, 子彈是經(jīng)典粒子 原來通過 A 狹縫的子彈 還是通過 A 原來通過 B 狹縫的子彈 還是通過 B,屏幕 C 上子彈的概率分布：,不因兩個狹縫同時打開每顆子彈會有新的選擇！, 電子雙縫衍射, 電子槍發(fā)射出的電子，在屏幕 P 上觀察電子數(shù)目,1. 將狹縫 B 擋住, 電子通過狹縫 A 在屏幕 C 有一定分布 類似于單縫衍射的中 央主極大,2. 將狹縫 A 擋住, 電子通過狹縫 B 在屏幕 C 上有一定的分布 類似

6、于單縫衍射的中央主極大,3. A 和 B 狹縫同時打開, 如果電子是經(jīng)典粒子 原來通過 A 狹縫的電子 還是通過 A 原來通過 B 狹縫的電子 還是通過 B,屏幕上電子的概率分布：,屏幕 C 實際觀察到類似光的雙縫衍射條紋,屏幕 C 上電子的概率分布, 只開一個狹縫和同時開兩個狹縫 電子運動的方向具有隨機性,A 和 B 狹縫同時開時電子似乎“知道” 兩個狹縫都打開！,雙縫和屏幕之間到底發(fā)生了什么？,屏幕上電子的分布 有了新的概率分布,電子不是經(jīng)典粒子,光子在某處出現(xiàn)的概率由光在該處的強度決定,I 大，光子出現(xiàn)概率大,I 小，光子出現(xiàn)概率小,統(tǒng)一于概率波理論,光子在某處出現(xiàn)的概率和該處光振幅的平

7、方成正比,二、電子干涉條紋對概率波的驗證,與電子等微觀粒子相聯(lián)系的物質(zhì)波也是刻畫粒子在空間分布的概率波,單個粒子 位置不確定,大量粒子 確定的宏觀結果 如干涉條紋,光的波動性和粒子性的統(tǒng)一,1在微觀世界中，大量光子運動產(chǎn)生的效果顯示出波動性，個別光子運動產(chǎn)生的效果顯示出粒子性。,2光在傳播時顯示出波動性，與物體發(fā)生作用時往往顯示出粒子性。,3按電磁波譜的排列，頻率小波長長時波動性顯著，粒子性不明顯；而頻率高波長短時，粒子性顯著，而波動性不明顯。,1. 概率波,光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動的規(guī)律確定，光波是刻畫光子在空間的概率分布的一種概率波。,2. 電子干涉條紋對概率波的驗證,單個粒子 位置不確定,大量粒子 確定的宏觀結果 如干涉條紋,1. 光電效應的四條規(guī)律中，波動說僅能解釋的一條規(guī)律是 ( ) A. 入射光的頻率必須大于或等于被照金屬的極限頻率才能產(chǎn)生光電效應 B. 發(fā)生光電效應時，光電流的強度與入射光的強度成正比 C. 光電子的最大初動能隨入射光頻率的增大而增大 D. 光電效應發(fā)生的時間極短，一般不超過 10 s,B,C,2. 下列關于光的波粒二象性的說法中，正確的是 ( ) A. 有的光是波，有的光是粒子 B. 光子與電子是同樣的一種粒子 C.