17.4 概率波-【二元课件】2020-2021学年高二物理课件+素材精选（人教版选修3-5）

（选修3-5） 第十七章 波粒二象性 § 17.4 概率波 * 我们根据什么说光具有波粒二象性 光的干涉和衍射说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，因此我们说光具有波粒二象性 课前复习 生活中哪些是经典粒子？ 经典粒子有什么特征？ 经典粒子的基本特征： 可描述任意时刻的确定的位置、速度以及空间中的确定的轨道 经典粒子和经典波 生活中哪些是经典的波？ 经典波有什么特征？ 经典波的基本特征： 在空间弥散开来，具有波长和频率，具有时间的周期性。 水波的干涉 水波的衍射 绳波 水波 电磁波 经典粒子和经典波 在经典物理学中，波和粒子是两个不同的研究对象， 具有非常不同的表现，互不相容，遵从不同的规律 粒子模型 例如：气体的压强等 波动模型 例如：声波的干涉、衍射现象等 ①粒子有一定的空间大小、一定的质量，有的还具有电荷量 ②粒子在任意时刻有确定的位置、速度以及时空中有确定的轨道 ③粒子的运动遵从牛顿第二定律 ①在空间中具有弥散性 ②具有一定的频率、波长，即具有时空的周期性 经典粒子和经典波 光是一种粒子 1.光在传播过程中往往显出波动性 2.光与物质的相互作用却往往显示粒子性 人类对光的认识 光是一种波 用加速后的电子照射晶体能观察到衍射现象吗？ 金多晶薄膜 实验原理图 接收屏 电子束 实物粒子的波动性 a.波长为0.71nm的X射线通过铝箔所得到的衍射环 b.波长为0.05nm的电子束通过铝箔所得到的衍射环 c.中子通过铝箔所得到的衍射环 1929年，德布罗意获得诺贝尔物理学奖 1937年G.P.汤姆孙和C.J.戴维孙获得诺贝尔物理学奖 电子衍射实验 1927年，戴维孙和G.P.汤姆孙分别独立完成了电子衍射实验 G.P.汤姆孙 戴维孙 对于波粒二象性，如何理解才更加全面 以光的干涉现象为例来进行研究 按波动理论解释： 按光子的模型解释： 条纹的明暗表示到达屏上的光相叠加的强度不同。 1.每个相同频率的光都有相同的能量。 2.光的强弱对应光子的数目。 3.明玟处光子数多，暗纹处光子数少。 为什么呢？ 波粒二象性的理解 1.可能是屏上不同部位对光的吸引力不同； 2.可能是缝的边缘对光子的吸引力造成的； 3.可能是光子之间的相互作用造成的； 4.可能光子本身就有这个特征 猜想： 如果实验过程中排除了光子之间的相互作用，实验结果还是如上，就能证实实验结果不是光子之间的相互作用 推理： 波粒二象性的理解 有没有办法在实验中控制条件，使光子之间没有相互作用？ 方法： 减弱入射光的强度，保证在第一个光子到达屏上之后，才发射第二个光子，保证任何时候空间中只有一个光子。 光源 狭缝 感光胶片 波粒二象性的理解 单个光子通过狭缝后落在屏上的哪一点是不确定的。 但是有没有规律可循呢？ 波粒二象性的理解 单个小球下落到槽中的位置是不确定的，但是它落在中间狭槽的可能性要大一些，即小球落在中间的概率较大。 对随机事件发生的可能性的度量 波粒二象性的理解 伽尔顿板 光的波动性不是电子相互作用的结果， 波动性是光子本身的固有属性。 一个光子也具有波动性。 虽然不能确定单个光子的落点，但是光子在空间出现的概率可以通过波动的规律来确定。光子本身是一种概率波。 概率波 推理：对于电子其和他微观粒子，由于同样具有波粒二象性，与它们相联系的德布罗意波也应该是概率波。怎么证实呢？ 电子的双缝干涉实验 德国科学家M.玻恩 一个一个电子通过双缝 7个电子 100个电子 3000 20000 70000 概率波 单个电子的位置是不确定的，但是在某点附近出现的概率大小可以由波动的规律确定。 大量粒子，概率的分布导致确定的宏观结果。电子数越多，规则的条纹越来越明显。 电子的德布罗意波（物质波）也是一种概率波。 光和电子的德布罗意波都是概率波 概率波 100个电子 70000 奥地利物理学家薛定谔提出了电子云模型 电子云模型 奥地利物理学家薛定谔 电子云 光子和电子都是概率波， 那么电子不应该有确定的位置、速度和确定的轨道，与经典粒子不同 在原子核外部，电子出现在某一个地方的概率是有区分的，有的地方出现的概率大，有的地方出现的概率小。 不同原子的电子云分布 电子云 电子云模型 1、德布罗意波的统计解释： a、个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性 b、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。 概率波 ２、概率波对光的双缝干涉现象的解释： a、光子落在明处的概率大，落在暗处的概率小。 b、光波是一种概率波. 1926年德国物理学家波恩指出： a、大量光子行为显示波动性； 个别光子行为显示粒子性； b、光的波长越长，波动性越强； 光的波长越短，粒子性越强。 ３、光的波动性与粒子性是不同条件下的表