17.4 概率波-2019-2020学年人教版物理选修3-5知识点突破

17.4 概率波 学习目标 1．了解经典的粒子和经典的波的基本特征。　 2．了解并掌握光和物质波都是概率波。 重点：概率波的理解。 难点：理解概率波的统计规律。 知识点一、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。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。 1．经典粒子 （1）含义：粒子有一定的空间大小，具有一定的质量，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。 2．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。 【题1】在单缝衍射实验中，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 【题2】有关光的本性，下列说法正确的是 A．光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的 B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点 C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性 D．由于光既有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性 知识点二、概率波 1．德布罗意波的统计解释：1926年，德国物理学玻恩提出了概率波，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。 2．概率波 （1）光波是一种概率波：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。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，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，所以，光波是一种概率波。 （2）物质波也是概率波：电子和其他微观粒子，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。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。 双缝干涉图样中的明纹处是电子落点概率大的地方，暗纹处是电子落点概率小的地方，但概率的大小受波动规律的支配。 （3）概率波的实质是指粒子在空间的分布概率受波动规律支配。 3．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。 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。 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。这是因为我们的经验局限于宏观物体的运动，微观世界的某些属性与宏观世界不同，我们从来没有过类似的经历。 4．对概率波的理解 （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，是预先不确定的。 （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。 【特别提醒】在双缝干涉和单缝衍射的暗纹处也有光子到达，只是光子数“特别少”。 【题3】下列关于概率波的说法中，正确的是 A．概率波就是机械波 B．物质波是一种概率波 C．概率波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象 D．在光的双缝干涉实验中，若有一个粒子，则它只能从其中一个缝中穿过 【题4】下列各种波是概率波的是 A．声波　　B．无线电波 C．光波　　　　D．物质波 知识点三、光的波动性与粒子性是不同条件下的表现 1．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。 2．概率波必记 （1）单个粒子运动的偶然性：我们能够知道粒子出现在某点的概率，但不能预言粒子