17.4 概率波 :41张PPT
文档属性
| 名称 | 17.4 概率波 :41张PPT |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 887.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-04-03 21:09:00 | ||
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文档简介
课件41张PPT。 波和粒子是两种不同的研究对象,具有非常不同的表现,那么,为什么对于光子、电子和质子等粒子又能集它们于一身呢？ 光是一种物质，它既具有粒子性，又具有波动性。
一个能量为E、动量为 p 的实物粒子同时具有波动性，动量为 P 的粒子波长： 1、著名物理学家牛顿支持微粒说.微粒说可以解释光的一些现象.微粒说对有些光学现象的解释感到困难。
2、惠更斯提出了波动说。
3、19世纪，通过光的干涉、衍射实验和光电效应的发现，最后统一到光既具有波动性，又具有粒子性，即光的波粒二象性。 在惠更斯与牛顿的争论中由于他们认识的局限性，认为光子的粒子性和波动性绝对不能统一起来，是相互排斥的.在结论上这是一种错误的绝对的认识论，由光的波粒二象性的发展过程我们可以得出正确的结论就是“亦此亦彼”的观点.第四节概率波第十七章波粒二象性 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。
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。
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。
了解光是一种概率波。1、知识与技能 领悟什么是概率波
了解物理学中物理模型的特点初步掌握科学抽象这种研究方法
通过数形结合的学习，认识数学工具在物理科学中的作用2、过程与方法 了解在揭示物质波的过程中体现的“亦此亦彼”的认识论.了解这种先进的认识论可以有意识地抛弃落后的“非此即彼”的认识论，从而建立科学的认识观。
在物质波理论的学习中，进一步强化有关科学研究的一些基本方法——“实验——理论假设——进一步实验——修正理论或提出新的假设”。
解人类的认识都是有一定时期局限性的，没有在一切条件下都适用的真理，人类对真理的认识是在不断发展中完善的。3、情感态度与价值观重点
实物粒子和光子一样具有波粒二象性，利用公式λ=h/p进行简单计算.
难点
物质波的概念、通过物质波的概念认识“轨迹”描述的局限，进一步了解牛顿力学的局限性.一、经典的粒子和经典的波 二、概率波一、经典的粒子和经典的波 在经典物理学的观念中，，人们形成了一种观念，物质要么具有粒子性，要么具有波动性，非此即彼。任意时刻的确定位置和速度以及空中的确定轨道，是经典物理学粒子运动的基本特征。与经典的粒子不同，经典的波在空间中是弥散开来的，其特征是具有频率和波长，也就是具有时空的周期性。 物理学中物质分为电子、质子等实物和电场、磁场等场类的两大类。
法国物理学家德布罗意认为运动的物质也有波动性，运动的物质对应的波就叫物质波。
由于这一理论是德布罗意提出的，因此也叫德布罗意波。
所有的物质都有德布罗意波，只是动量越大其波长越短，波动性越弱，粒子性越强。 显而易见，在经典物理学中，波和粒子是两种不同的研究对象，具有非常不同的表现。那么，为什么光和微观粒子既表现有波动性又表现有粒子性的双重属性呢？二、概率波1、德布罗意波的统计解释
1926年，德国物理学玻恩 （Born ， 1882—1972） 提出了概率波，认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性，但是大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统计规律。 为了了解光波和物质波是什么样的波，还是从波的波粒二象性入手。 观察下图的光的双缝干涉实验。 实验原理以及结论：
从光源s发出的光通过双缝s1和s2后在屏上显示明暗条纹。按照光的波动理论，条纹的明暗表示到达屏上的光的速度不同。按照光子的模型，每个同频光子都带有一份能量，所以条纹明暗的分布应该是到达屏上的光子数目的分布。 因此，光的强弱对应于光子的数目，即明纹处到达的光子的数多，暗纹处到达光子数少。 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？ ２、概率波对光的双缝衍射现象的解释：
光是一种粒子，它和物质的作用是“一份一份”地进行的.用很弱的光做双缝干涉实验.从光子打在胶片上的位置，我们发现了规律性。 曝光量很少时可以清楚地看出光的粒子性。曝光量很大时可以看出粒子的分布遵循波动规律。 实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些无规则分布的点子，那些点子是光子打在底片上形成的，如果曝光时间足够长，我们无法把它们区分开，因此看起来是连续的.单个光子通过双缝后的落点无法预测,但是研究很多光子打在胶片上的位置,我们发现了规律性:光子落在某些条形区域内的可能性较大.这些条形区域正是某种波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域。这个现象表明，光子在空间各点出现的可能性的大小（概率）， 正是由于这个原因，1926年德国的物理学家波恩指出：虽然不能肯定某个光子落在哪一点，但由屏上各处明暗不同可知，光子落在各点的概率是不一样的，即光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处的概率小。这就是说，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，光波是一种概率波。 马克斯·玻恩(Max Born 1882～1970)德国理论物理学家，研究原子系统的规律，创立了矩阵力学，这个理论解决了旧量子论不能解决的有关原子理论的问题。是量子力学的奠基人之一。 1926年德国物理学家波恩指出：光子落在明处的概率大，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，所以从光子的概念上看，光波是刻画光子在空间的概率分布的一种概率波. 物理学中把光波叫做概率波。 概率表征某一事物出现的可能性。
经过长期的探索，人们发现：光既是一种波,又是一种粒子,光既表现出波动性又表现出粒子性。而在我们的经验中找不到既是波,又是粒子的东西。 ３、光的波动性与粒子性是不同条件下的表现：
大量光子行为显示波动性；个别光子行为显示粒子性；
光的波长越长，波动性越强；光的波长越短，粒子性越强。 ４、概率波对物质波的双缝衍射现象的解释：
对于电子和其他微观粒子，由于同样具有波粒二象性，所以与它们相联系的物质波也是概率波。也就是说，单个粒子位置是不确定的。对于大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果。 按光子的模型，用统计观点看待单个粒子与粒子总体的联系，并将波的观点与粒子观点结合起来了，但这里的波是特殊意义的波，因而被称为“概率波”． 这种对物质波衍射与实物粒子的波粒二象性的理解，称作统计解释或概率解释．一个一个电子依次入射双缝的衍射实验： 在经典物理学当中光是一种物质，经典的粒子既具有粒子性，又具有波动性。
经典的波在空间中是弥散开来的，其特征是具有频率和波长，也就是具有时空的周期性。 光的双缝干涉实验表明：光的强弱对应于光子的数目，即明纹处到达的光子的数多，暗纹处到达光子数少。
光是一种粒子，它和物质的作用是“一份一份”地进行的. 光的双缝干涉实验还表明： 虽然不能肯定某个光子落在哪一点，但由屏上各处明暗不同可知，光子落在各点的概率是不一样的，即光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处的概率小。这就是说，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，光波是一种概率波。物质分为实物：电子、质子等 场：电场、磁场等物质波： λ=h/p） （p是运动物体的动量，h是普朗克常量这种波又叫德布罗意波）牛顿力学的局限（电子衍射实验彩图、实验原理示意图）氢原子中的电子云 （球星电子云模型，纺锤形电子云模型、电子云的有关教学录像）概率波 1. 下列说法正确的是 （ ）
A.光波是—种概率波
B.光波是一种电磁波
C.单色光从光密介质进入光疏介质时．光子的能量改变
D.单色光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变AB 2、对于某单色光，玻璃的折射率比水的大，则此单色光在玻璃中传播时 ( )
A．其速度比在水中的大，其波长比在水中的长
B．其速度比在水中的大，其波长比在水中的短
C．其速度比在水中的小，其波长比在水中的短
D．其速度比在水中的小，其波长比在水中的长C3、下列说法中正确的是 ( )
A．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性
B．光的频率越大，波长越大
C．光的波长越大，光子的能量越大
D．光在真空中的传播速度为3.00?108m/sBD 4、为了强调物理学对当今社会的重要作用并纪念爱因斯坦，2004年联合国第58次大会把2005年定为国际物理年．爱因斯坦在100年前发表了5篇重要论文，内容涉及狭义相对论、量子论和统计物理学，对现代物理学的发展作出了巨大贡献．某人学了有关的知识后，有如下理解，其中正确的是 （ ）
A.所谓布朗运动就是液体分子的无规则运动
B.光既具有波动性，又具有粒子性
C.在光电效应的实验中，入射光强度增大，光电子的最大初动能随之增大
D.质能方程表明：物体具有的能量与它的质量有简单的正比关系BD 5、在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（ ） A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失 B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其它颜色的双缝干涉条纹依然存在 C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮
D.屏上无任何光亮C 1、答：不对。光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，而是光子自身固有的性质。
2、答：不能预测某光子打在光屏上的落点的准确位置，但是能预知它落在某一点的概率。大量光子在光屏上的落点服从统计规律。在双干涉图样中亮纹处就是光子落点概率大的位置，暗纹处就是光子落点概率小的位置。 3、答：一个无线电波光子的能量是6.63×10-28J一个绿色光子能量是3.98×18-19J一个γ光子的能量是6.63×10-16J粒子的能量ε=hc/λ,动量p=ε/c, 波长λ=hc/ε，由此可知，低频电磁波的能量小，动量小，波长长，高频电磁波的能量大，动量大，波长短，由概率波的波粒二象性可知，低频电磁波的波动性显著而高频电磁波的粒子性显著。
一个能量为E、动量为 p 的实物粒子同时具有波动性，动量为 P 的粒子波长： 1、著名物理学家牛顿支持微粒说.微粒说可以解释光的一些现象.微粒说对有些光学现象的解释感到困难。
2、惠更斯提出了波动说。
3、19世纪，通过光的干涉、衍射实验和光电效应的发现，最后统一到光既具有波动性，又具有粒子性，即光的波粒二象性。 在惠更斯与牛顿的争论中由于他们认识的局限性，认为光子的粒子性和波动性绝对不能统一起来，是相互排斥的.在结论上这是一种错误的绝对的认识论，由光的波粒二象性的发展过程我们可以得出正确的结论就是“亦此亦彼”的观点.第四节概率波第十七章波粒二象性 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。
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。
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。
了解光是一种概率波。1、知识与技能 领悟什么是概率波
了解物理学中物理模型的特点初步掌握科学抽象这种研究方法
通过数形结合的学习，认识数学工具在物理科学中的作用2、过程与方法 了解在揭示物质波的过程中体现的“亦此亦彼”的认识论.了解这种先进的认识论可以有意识地抛弃落后的“非此即彼”的认识论，从而建立科学的认识观。
在物质波理论的学习中，进一步强化有关科学研究的一些基本方法——“实验——理论假设——进一步实验——修正理论或提出新的假设”。
解人类的认识都是有一定时期局限性的，没有在一切条件下都适用的真理，人类对真理的认识是在不断发展中完善的。3、情感态度与价值观重点
实物粒子和光子一样具有波粒二象性，利用公式λ=h/p进行简单计算.
难点
物质波的概念、通过物质波的概念认识“轨迹”描述的局限，进一步了解牛顿力学的局限性.一、经典的粒子和经典的波 二、概率波一、经典的粒子和经典的波 在经典物理学的观念中，，人们形成了一种观念，物质要么具有粒子性，要么具有波动性，非此即彼。任意时刻的确定位置和速度以及空中的确定轨道，是经典物理学粒子运动的基本特征。与经典的粒子不同，经典的波在空间中是弥散开来的，其特征是具有频率和波长，也就是具有时空的周期性。 物理学中物质分为电子、质子等实物和电场、磁场等场类的两大类。
法国物理学家德布罗意认为运动的物质也有波动性，运动的物质对应的波就叫物质波。
由于这一理论是德布罗意提出的，因此也叫德布罗意波。
所有的物质都有德布罗意波，只是动量越大其波长越短，波动性越弱，粒子性越强。 显而易见，在经典物理学中，波和粒子是两种不同的研究对象，具有非常不同的表现。那么，为什么光和微观粒子既表现有波动性又表现有粒子性的双重属性呢？二、概率波1、德布罗意波的统计解释
1926年，德国物理学玻恩 （Born ， 1882—1972） 提出了概率波，认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性，但是大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统计规律。 为了了解光波和物质波是什么样的波，还是从波的波粒二象性入手。 观察下图的光的双缝干涉实验。 实验原理以及结论：
从光源s发出的光通过双缝s1和s2后在屏上显示明暗条纹。按照光的波动理论，条纹的明暗表示到达屏上的光的速度不同。按照光子的模型，每个同频光子都带有一份能量，所以条纹明暗的分布应该是到达屏上的光子数目的分布。 因此，光的强弱对应于光子的数目，即明纹处到达的光子的数多，暗纹处到达光子数少。 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？ ２、概率波对光的双缝衍射现象的解释：
光是一种粒子，它和物质的作用是“一份一份”地进行的.用很弱的光做双缝干涉实验.从光子打在胶片上的位置，我们发现了规律性。 曝光量很少时可以清楚地看出光的粒子性。曝光量很大时可以看出粒子的分布遵循波动规律。 实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些无规则分布的点子，那些点子是光子打在底片上形成的，如果曝光时间足够长，我们无法把它们区分开，因此看起来是连续的.单个光子通过双缝后的落点无法预测,但是研究很多光子打在胶片上的位置,我们发现了规律性:光子落在某些条形区域内的可能性较大.这些条形区域正是某种波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域。这个现象表明，光子在空间各点出现的可能性的大小（概率）， 正是由于这个原因，1926年德国的物理学家波恩指出：虽然不能肯定某个光子落在哪一点，但由屏上各处明暗不同可知，光子落在各点的概率是不一样的，即光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处的概率小。这就是说，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，光波是一种概率波。 马克斯·玻恩(Max Born 1882～1970)德国理论物理学家，研究原子系统的规律，创立了矩阵力学，这个理论解决了旧量子论不能解决的有关原子理论的问题。是量子力学的奠基人之一。 1926年德国物理学家波恩指出：光子落在明处的概率大，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，所以从光子的概念上看，光波是刻画光子在空间的概率分布的一种概率波. 物理学中把光波叫做概率波。 概率表征某一事物出现的可能性。
经过长期的探索，人们发现：光既是一种波,又是一种粒子,光既表现出波动性又表现出粒子性。而在我们的经验中找不到既是波,又是粒子的东西。 ３、光的波动性与粒子性是不同条件下的表现：
大量光子行为显示波动性；个别光子行为显示粒子性；
光的波长越长，波动性越强；光的波长越短，粒子性越强。 ４、概率波对物质波的双缝衍射现象的解释：
对于电子和其他微观粒子，由于同样具有波粒二象性，所以与它们相联系的物质波也是概率波。也就是说，单个粒子位置是不确定的。对于大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果。 按光子的模型，用统计观点看待单个粒子与粒子总体的联系，并将波的观点与粒子观点结合起来了，但这里的波是特殊意义的波，因而被称为“概率波”． 这种对物质波衍射与实物粒子的波粒二象性的理解，称作统计解释或概率解释．一个一个电子依次入射双缝的衍射实验： 在经典物理学当中光是一种物质，经典的粒子既具有粒子性，又具有波动性。
经典的波在空间中是弥散开来的，其特征是具有频率和波长，也就是具有时空的周期性。 光的双缝干涉实验表明：光的强弱对应于光子的数目，即明纹处到达的光子的数多，暗纹处到达光子数少。
光是一种粒子，它和物质的作用是“一份一份”地进行的. 光的双缝干涉实验还表明： 虽然不能肯定某个光子落在哪一点，但由屏上各处明暗不同可知，光子落在各点的概率是不一样的，即光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处的概率小。这就是说，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，光波是一种概率波。物质分为实物：电子、质子等 场：电场、磁场等物质波： λ=h/p） （p是运动物体的动量，h是普朗克常量这种波又叫德布罗意波）牛顿力学的局限（电子衍射实验彩图、实验原理示意图）氢原子中的电子云 （球星电子云模型，纺锤形电子云模型、电子云的有关教学录像）概率波 1. 下列说法正确的是 （ ）
A.光波是—种概率波
B.光波是一种电磁波
C.单色光从光密介质进入光疏介质时．光子的能量改变
D.单色光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变AB 2、对于某单色光，玻璃的折射率比水的大，则此单色光在玻璃中传播时 ( )
A．其速度比在水中的大，其波长比在水中的长
B．其速度比在水中的大，其波长比在水中的短
C．其速度比在水中的小，其波长比在水中的短
D．其速度比在水中的小，其波长比在水中的长C3、下列说法中正确的是 ( )
A．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性
B．光的频率越大，波长越大
C．光的波长越大，光子的能量越大
D．光在真空中的传播速度为3.00?108m/sBD 4、为了强调物理学对当今社会的重要作用并纪念爱因斯坦，2004年联合国第58次大会把2005年定为国际物理年．爱因斯坦在100年前发表了5篇重要论文，内容涉及狭义相对论、量子论和统计物理学，对现代物理学的发展作出了巨大贡献．某人学了有关的知识后，有如下理解，其中正确的是 （ ）
A.所谓布朗运动就是液体分子的无规则运动
B.光既具有波动性，又具有粒子性
C.在光电效应的实验中，入射光强度增大，光电子的最大初动能随之增大
D.质能方程表明：物体具有的能量与它的质量有简单的正比关系BD 5、在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹，若在双缝中的一缝前放一红色滤光片（只能透过红光），另一缝前放一绿色滤光片（只能透过绿光），这时（ ） A.只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其它颜色的双缝干涉条纹消失 B.红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其它颜色的双缝干涉条纹依然存在 C.任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但屏上仍有光亮
D.屏上无任何光亮C 1、答：不对。光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，而是光子自身固有的性质。
2、答：不能预测某光子打在光屏上的落点的准确位置，但是能预知它落在某一点的概率。大量光子在光屏上的落点服从统计规律。在双干涉图样中亮纹处就是光子落点概率大的位置，暗纹处就是光子落点概率小的位置。 3、答：一个无线电波光子的能量是6.63×10-28J一个绿色光子能量是3.98×18-19J一个γ光子的能量是6.63×10-16J粒子的能量ε=hc/λ,动量p=ε/c, 波长λ=hc/ε，由此可知，低频电磁波的能量小，动量小，波长长，高频电磁波的能量大，动量大，波长短，由概率波的波粒二象性可知，低频电磁波的波动性显著而高频电磁波的粒子性显著。