第17章 345 粒子的波动性 概率波 不确定性关系-【步步高】2019版学案导学与随堂笔记物理（人教版选修3-5）江苏

3　粒子的波动性 4　概率波 *5　不确定性关系(略) [学习目标]　1.知道光的波粒二象性，理解其对立统一的关系.2.了解德布罗意波和概率波，知道它们都遵循统计规律.3.了解经典物理学中的粒子和波的特点.4.了解概率波的内容． 一、光的波粒二象性 [导学探究]　人类对光的本性的认识的过程中先后进行了一系列实验，比如：[来源:学科网] 光的单缝衍射实验(图1A) 光的双缝干涉实验(图B) 光电效应实验(图C) 光的薄膜干涉实验(图D)[来源:学#科#网] 康普顿效应实验等． 　　 　　　 图1 (1)在以上实验中哪些体现了光的波动性？哪些体现了光的粒子性？ (2)光的波动性和光的粒子性是否矛盾？ 答案　(1)单缝衍射、双缝干涉、薄膜干涉体现了光的波动性．光电效应和康普顿效应体现了光的粒子性． (2)不矛盾．大量光子在传播过程中显示出波动性，比如干涉和衍射．当光与物质发生作用时，显示出粒子性，如光电效应、康普顿效应．光具有波粒二象性． [知识梳理]　光的波粒二象性[来源:Zxxk.Com] 1. 2．光子的能量和动量 (1)能量：ε＝hν. (2)动量：p＝. 3．意义：能量ε和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量．因此ε＝hν和p＝揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系． 二、物质波 [导学探究]　德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性，你如何理解该问题？ 答案　波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大，动量大，波长短，难以观测． [知识梳理]　对物质波的认识 1．粒子的波动性 (1)德布罗意波：任何运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种波叫物质波，又叫德布罗意波． (2)物质波波长、频率的计算公式为λ＝，ν＝. (3)我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太大，德布罗意波长太小的缘故． 2．物质波的实验验证 (1)实验探究思路：干涉、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象． (2)实验验证：1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性． (3)说明 ①人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝和λ＝关系同样正确． ②物质波也是一种概率波． 三、概率波 [导学探究]　用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图2甲、乙、丙所示的图象． 图2 (1)图甲是曝光时间很短的情况，光点的分布有什么特点？说明了什么问题？ (2)图乙是曝光时间稍长情况，当光子数较多时落在哪些区域的概率较大？可用什么规律来确定？ (3)图丙是曝光时间足够长的情况，体现了光的什么性？怎样解释上述现象？ 答案　(1)当曝光时间很短时，屏上的光点是随机分布的，具有不确定性，说明了光具有粒子性． (2)落在某些条形区域的概率较大，这种概率可用波动规律来确定． (3)光的波动性．综合三个图象可知，少量光子呈现粒子性，大量光子呈现波动性，而且光是一种概率波． [知识梳理] 1．光波是一种概率波：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，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，单个粒子的位置是不确定的，但在某点附近出现的概率的大小可以由波动的规律确定．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． 3．经典的粒子 (1)含义：粒子有一定的空间大小，有一定的质量，有的还带有电荷． (2)运动的基本特征：遵从牛顿运动定律，任意时刻有确定的位置和速度，在时空中有确定的轨道． 4．经典的波 (1)含义：在空间是弥散开来的． (2)特征：具有频率和波长，即具有时空的周期性． 一、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，也具有能量和动量．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ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系． 例1　下面关于光的波粒二象性的说法中，不正确的是(　　) A．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性