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物理成才之路选修3——517-4、5
※;如图所示是3000多个电子通过双缝后的干涉图样,人们能准确预知单个电子的运动情况吗?电子出现的位置是否无规律可循呢?;1.在双缝干涉图样中,条纹的明暗表示到达屏上光的 不同,每个同频率光子都带有 的一份能量,光的强度对应于光子的 ,明纹处到达的光子数 ,暗纹处到达的光子数 .可见光子落在各点的 是不一样的,光子落在明纹处的 大,落在暗纹处的 小,即光子在空间出现的概率可以用波动的规律去确定,所以说光波是一种 波.;2.如果以Δx表示粒子位置的不确定量,以Δp表示粒子在x方向上的动量的不确定量.利用数学方法对微观粒子的运动进行分析可知道;ΔxΔp≥ .可见,如果要更准确地确定粒子的位置(Δx更小),那么动量的测量一定会 (Δp更大).即粒子的动量和位置不可能 准确地知道,因而不能用 描述粒子的运动,但我们能够对宏观现象进行 .;
(1)经典的粒子
在经典物理学的概念中, 粒子有一定的空间大小,有一定的质量,有的还有电荷.其运动的基本特征是:任意时刻的确定位置和速度以及时空中的确定轨道.
(2)经典的波
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.;
(1)光波是概率波
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.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.
(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.;说明:德布罗意波也是概率波,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)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”.;
(2010·建陵中学高二检测)电子衍射实验证明电子具有波动性,这种波可称为 ( )
A.电磁波 B.概率波
C.德布罗意波 D.物质波
答案:BCD;
(1)在经典力学中,一个质点的位置和动量是可以同时精确测定的,在量子理论建立之后,要同时测出微观粒子的位置和动量,是不太可能的.我们把这种关系叫做不确定性关系.
(2)利用数学方法对微观粒子的运动进行分析可以知道,如果以Δx表示粒子位置的不确定量,以Δp表示粒子在x方向上的动量的不确定量,那么;
下列关于不确定性关系的说法正确的是 ( )
A.只对微观粒子适用
B.只对宏观粒子适用
C.对微观和宏观粒子都适用
D.对微观和宏观粒子都不适用
答案:A
解析:不确定性关系对微观粒子是适用的,对宏观粒子没有实际意义.;
在经典物理学中,对于不同的宏观现象,我们分别建立了粒子模型和波动模型,它们与我们的直接经验一致.然而,对于微观世界的属性,我们缺少直接感知.模型建立需要的条件是与实验结果一致,能够在一定范围内正确代表研究的对象.;
在单缝衍射实现中,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;解析:根据光的概率波的概念,对于一个光子通过单缝落在何处,是不可确定的,但概率最大的是落在中央亮纹处,可达95%以上.当然也可落在其他亮纹处,还可能落在暗纹处,不过,落在暗纹处的概率很小,故C、D选项正确.
答案:CD
点评:(1)概率大小只表明事件发生的可能性,实际情况如何,则不确定.
(2)大量光子的行为易表现出光的波动性,少量光子的行为易表现出粒子性.;(2010·农七师高二检测)关于光的波粒二象性的理解正确的是 ( )
A.大量光子的效果往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性
B.光在传播时是波,而与物质相互作用时就转变成粒子
C.高频光是粒子,低频光是波
D.波粒二象性是光的根本属性,有时它的波动性显著,有时它的粒子性显著
答案:AD;
(1)一个球的质量m=1.0kg,测定其位置的不确定量为10-6m
(2)电子的质量m=9.0×10-31kg,测定其位置的不确定量为10-10m(即在原子的数量级
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