人教版高中物理选修3-5课件：17.4 概率波.ppt

1、 1. 了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的 问题。问题。 2. 了解波动说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的了解波动说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的 问题。问题。 3. 了解事物的连续性与分立性是相对的，了解光既有波动了解事物的连续性与分立性是相对的，了解光既有波动 性，又有粒子性。性，又有粒子性。 4. 了解光是一种概率波。了解光是一种概率波。 首先通过经典的粒子和经典的波的对比首先通过经典的粒子和经典的波的对比，提出光子的落点特提出光子的落点特 点点，引出概率波的概念引出概率波的概念。再通过再通过电子双缝衍射的说明电

2、子双缝衍射的说明，得出物质得出物质 波不是经典波波不是经典波。微观粒子不是经典粒子的特点说明微观粒子不是经典粒子的特点说明。最后通过最后通过电电 子干涉条纹对概率波的验证子干涉条纹对概率波的验证，了解光是一种概率波了解光是一种概率波。 在介绍电子双缝衍射部分时在介绍电子双缝衍射部分时，举例机关枪射子弹的例子举例机关枪射子弹的例子，能能 有效的说明落点概率的特点有效的说明落点概率的特点，能较好的说明概率波现象能较好的说明概率波现象。并且充并且充 分应用物理学家的历史资料分应用物理学家的历史资料，不仅有真实感不仅有真实感，增强了说服力增强了说服力，同同 时也能对学生进行发放教育时也能对学生进行发放

3、教育，有利于培养学生的科学态度和科学有利于培养学生的科学态度和科学 精神精神，激发学生的探索精神激发学生的探索精神。 具有空间大小、质量、电量等，遵从牛顿第二定律，任意具有空间大小、质量、电量等，遵从牛顿第二定律，任意 时刻有确定的位置和速度，以及时刻有确定的位置和速度，以及确定的运动轨迹确定的运动轨迹。 某种物理量呈某种物理量呈时空周期性的分布时空周期性的分布 ( 确定的点处具时间周期确定的点处具时间周期 性，确定的方向上具有空间周期性性，确定的方向上具有空间周期性)，特征是具有频率和波长特征是具有频率和波长。 显然，在经典的传统观念中，一个客体要么是粒子，显然，在经典的传统观念中，一个客体

4、要么是粒子， 要么是波，非此即彼！要么是波，非此即彼！ 为什么光子、电子和质子等微观粒子又能集这两种为什么光子、电子和质子等微观粒子又能集这两种 互不相容的属性于一身呢？互不相容的属性于一身呢？ 明纹明纹处到达的处到达的光光 子数多子数多，暗纹暗纹到达的到达的 光子少光子少 这是否可以认为，是光子之间的相互作用使它表现出这是否可以认为，是光子之间的相互作用使它表现出 了波动行，而不是光子本身就具有波动性呢？了波动行，而不是光子本身就具有波动性呢？ 一个光子通过狭缝后到底落在屏上的哪一点呢？一个光子通过狭缝后到底落在屏上的哪一点呢？ 1926年德国物理学家波恩指出：年德国物理学家波恩指出：光子落

5、在明处的概率光子落在明处的概率 大，落在暗处的概率小。大，落在暗处的概率小。 光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所 以从光子的概念上看，以从光子的概念上看，光波是刻画光子在空间的概率分布光波是刻画光子在空间的概率分布 的一种概率波。的一种概率波。 1. 用足够强的电子束进行双缝衍射用足够强的电子束进行双缝衍射 出现了明暗相间的衍射条纹出现了明暗相间的衍射条纹，体现电子的波动性体现电子的波动性 衍射条纹掩饰了电子的粒子性衍射条纹掩饰了电子的粒子性 未能体现电子在空间分布的概率性质未能体现电子在空间分布的概率性质 得到的结果与光的双缝衍射结果

6、一样得到的结果与光的双缝衍射结果一样 2. 用非常弱的电子束进行双缝衍射用非常弱的电子束进行双缝衍射 单个电子的运动方向是完全不确定的单个电子的运动方向是完全不确定的 具有概率具有概率 分布分布 一定一定条件下，电子运动方向的概率具有确定条件下，电子运动方向的概率具有确定的规律的规律 开始开始电子打在屏幕上的位置是任意的电子打在屏幕上的位置是任意的 随着随着时间推移，电子具有稳定的分布时间推移，电子具有稳定的分布 出现出现清晰衍射清晰衍射条纹条纹 和和强电子束在短时间强电子束在短时间形成的一样形成的一样 经典的波是介质中质元共同振动形成的经典的波是介质中质元共同振动形成的 双缝衍射中体现为无论

7、电子强度多么弱双缝衍射中体现为无论电子强度多么弱，屏幕上屏幕上 出现的是强弱连续分布的衍射条纹出现的是强弱连续分布的衍射条纹 实际上在电子强度弱的情形中实际上在电子强度弱的情形中，电子在屏幕上电子在屏幕上 的分布是随机的的分布是随机的，完全不确定的完全不确定的 经典粒子双缝衍射经典粒子双缝衍射 子弹可以看作是经典粒子子弹可以看作是经典粒子 假想用机关枪扫射双缝假想用机关枪扫射双缝 A 和和 B，屏幕屏幕 C 收集子弹数目收集子弹数目 1. 将狭缝将狭缝 B 挡住挡住 子弹通过子弹通过 A 在屏幕在屏幕 C 上有一定的分布上有一定的分布 类似于单缝衍射的中央主极大类似于单缝衍射的中央主极大 P1

8、 子弹落在中央主极大范围的概率分布子弹落在中央主极大范围的概率分布 2. 将狭缝将狭缝 A 挡住挡住 子弹通过狭缝子弹通过狭缝 B 在屏幕在屏幕 C 上有一定的分布上有一定的分布 类似于单缝衍射的中央主极大类似于单缝衍射的中央主极大 P2 子弹落在中央主极大范围的概率分布子弹落在中央主极大范围的概率分布 12 PPP 3. A 和和 B 狭缝同时打开狭缝同时打开 子弹是经典粒子子弹是经典粒子 原来通过原来通过 A 狭缝的子弹狭缝的子弹 还是通过还是通过 A 原来通过原来通过 B 狭缝的子弹狭缝的子弹 还是通过还是通过 B 屏幕屏幕 C 上子弹的上子弹的 概率分布：概率分布： 不因两个狭缝同时打

9、开每颗子弹会有新的选择不因两个狭缝同时打开每颗子弹会有新的选择！ 电子双缝衍射电子双缝衍射 电子枪发射出的电子电子枪发射出的电子，在屏幕在屏幕 P 上观察电子数目上观察电子数目 1. 将狭缝将狭缝 B 挡住挡住 电子通过狭缝电子通过狭缝 A 在屏幕在屏幕 C 有一定分布有一定分布 类似于单缝衍射的中类似于单缝衍射的中 央主极大央主极大 2. 将狭缝将狭缝 A 挡住挡住 电子通过狭缝电子通过狭缝 B 在屏幕在屏幕 C 上有一定的分布上有一定的分布 类似于单缝衍射的中央主极大类似于单缝衍射的中央主极大 3. A 和和 B 狭缝同时打开狭缝同时打开 如果电子是经典粒子如果电子是经典粒子 原来通过原来

10、通过 A 狭缝的电子狭缝的电子 还是通过还是通过 A 原来通过原来通过 B 狭缝的电子狭缝的电子 还是通过还是通过 B 屏幕上电子的屏幕上电子的 概率分布：概率分布： 12 PPP 屏幕屏幕 C 实际观察到类似光的双缝衍射条纹实际观察到类似光的双缝衍射条纹 屏幕屏幕 C 上电子的概率分布上电子的概率分布 只开一个狭缝和同时开两个狭缝只开一个狭缝和同时开两个狭缝 电子运动的方向具有随机性电子运动的方向具有随机性 A 和和 B 狭缝同时开时狭缝同时开时 电子似乎“知道”电子似乎“知道” 两个两个 狭缝都打开！狭缝都打开！ 双缝和屏幕之间到底发生了什么双缝和屏幕之间到底发生了什么？ 屏幕上电子的分布

11、屏幕上电子的分布 有了新的概率分布有了新的概率分布 电 子 不 是 经 典 粒 子 电 子 不 是 经 典 粒 子 光子在某处出现的概率由光在该处的强度决定光子在某处出现的概率由光在该处的强度决定 I 大，光子出现概率大大，光子出现概率大 I 小，光子出现概率小小，光子出现概率小 统一于概率波理论 单 缝 衍 射 单 缝 衍 射 光子在某处出现的概率和该处光振幅的平方成正比光子在某处出现的概率和该处光振幅的平方成正比 与电子等微观粒子相联系的物与电子等微观粒子相联系的物 质波也是质波也是刻画粒子在空间分布的概刻画粒子在空间分布的概 率波率波 单个粒子单个粒子 位置不确定位置不确定 大量粒子大量

12、粒子 确定的宏观结果确定的宏观结果 如干涉条纹如干涉条纹 1. 概率波概率波 光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定， 光波是刻画光子在空间的概率分布的一种概率波。光波是刻画光子在空间的概率分布的一种概率波。 2. 电子干涉条纹对概率波的验证电子干涉条纹对概率波的验证 单个粒子单个粒子 位置不确定位置不确定 大量粒子大量粒子 确定的宏观结果确定的宏观结果 如干涉条纹如干涉条纹 B 1. 光电效应的四条规律中，波动说仅能解释的一条规光电效应的四条规律中，波动说仅能解释的一条规 律是律是 ( ) A. 入射光的频率必须大于或等于被照金属的极限频率入射

13、光的频率必须大于或等于被照金属的极限频率 才能产生光电效应才能产生光电效应 B. 发生光电效应时，光电流的强度与入射光的强度成发生光电效应时，光电流的强度与入射光的强度成 正比正比 C. 光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大 D. 光电效应发生的时间极短，一般不超过光电效应发生的时间极短，一般不超过 10 s C 2. 下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是下列关于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，其粒子光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子 性越显著性越显著 D. 大量光子产生的效果往往显示粒子性大量光子产生的效果往往显示粒子性 3.下列说法不正确的是下列说法不正确的是 ( ) A. 光是一种电磁波光是一种电磁波 B. 光是一种概率波光是一种概率波 C. 光子相当于高速运动的质点光子相当于高速运动的质点 D. 光的直线传播只是宏观近似规律光的直线传播只是宏观近似规律 C