高中物理第2章第5節(jié)德布羅意波課件粵教版選修3-5

1、第五節(jié)德布羅意波第五節(jié)德布羅意波第二章波粒二象性第二章波粒二象性 欄目鏈接學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí)目目 標(biāo)標(biāo)1知道德布羅意波假說知道德布羅意波假說2了解電子衍射現(xiàn)象及意義了解電子衍射現(xiàn)象及意義3了解了解“不確定關(guān)系不確定關(guān)系”的具體含義的具體含義 欄目鏈接任何運(yùn)動(dòng)著的物體，都有一種波與它相對(duì)應(yīng)嗎？任何運(yùn)動(dòng)著的物體，都有一種波與它相對(duì)應(yīng)嗎？提示：提示：任何運(yùn)動(dòng)著的物體任何運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子、質(zhì)子小到電子、質(zhì)子，大到行星、大到行星、太陽太陽，都有一種波與它相對(duì)應(yīng)都有一種波與它相對(duì)應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波這種波叫物質(zhì)波德布羅意波德布羅意波1德布羅意波假說的內(nèi)容德布羅意波假說的內(nèi)容任何一個(gè)實(shí)物粒子都和一個(gè)波相對(duì)應(yīng)任何

2、一個(gè)實(shí)物粒子都和一個(gè)波相對(duì)應(yīng) 欄目鏈接2德布羅意波假說的提出背景德布羅意波假說的提出背景德布羅意認(rèn)識(shí)到人們討論光時(shí)過分地強(qiáng)調(diào)了波動(dòng)性，忽略了德布羅意認(rèn)識(shí)到人們討論光時(shí)過分地強(qiáng)調(diào)了波動(dòng)性，忽略了粒子性，同樣，在討論實(shí)物粒子時(shí)，人們只討論粒子性，忽粒子性，同樣，在討論實(shí)物粒子時(shí)，人們只討論粒子性，忽略了波動(dòng)性，于是把光的波粒二象性推廣到了實(shí)物粒子，用略了波動(dòng)性，于是把光的波粒二象性推廣到了實(shí)物粒子，用類比的方法，從理論上預(yù)言了物質(zhì)波的存在類比的方法，從理論上預(yù)言了物質(zhì)波的存在3德布羅意波德布羅意波(1)定義：實(shí)物粒子所對(duì)應(yīng)的波稱為德布羅意波，也稱為物質(zhì)定義：實(shí)物粒子所對(duì)應(yīng)的波稱為德布羅意波，也稱為

3、物質(zhì)波波(2)德布羅意波長與動(dòng)量的關(guān)系：德布羅意波長與動(dòng)量的關(guān)系：其中其中是德布羅意波長，是德布羅意波長，h是普朗克常量，是普朗克常量，p是相應(yīng)的實(shí)物粒子是相應(yīng)的實(shí)物粒子的動(dòng)量的動(dòng)量 欄目鏈接4對(duì)德布羅意波的理解對(duì)德布羅意波的理解(1)德布羅意假說是光子的波粒二象性的一種推廣，使之包德布羅意假說是光子的波粒二象性的一種推廣，使之包括了所有的物質(zhì)粒子，即光子與實(shí)物粒子都具有粒子性，括了所有的物質(zhì)粒子，即光子與實(shí)物粒子都具有粒子性，又都具有波動(dòng)性，與光子對(duì)應(yīng)的波是電磁波，與實(shí)物粒子又都具有波動(dòng)性，與光子對(duì)應(yīng)的波是電磁波，與實(shí)物粒子對(duì)應(yīng)的波是物質(zhì)波對(duì)應(yīng)的波是物質(zhì)波(2)物質(zhì)波也是概率波在一般情況下，

4、對(duì)于電子和其他微物質(zhì)波也是概率波在一般情況下，對(duì)于電子和其他微觀粒子，不能用確定的坐標(biāo)來描述它們的位置，因此也無觀粒子，不能用確定的坐標(biāo)來描述它們的位置，因此也無法用軌跡描述它們的運(yùn)動(dòng)，但是它們?cè)诳臻g各處出現(xiàn)的概法用軌跡描述它們的運(yùn)動(dòng)，但是它們?cè)诳臻g各處出現(xiàn)的概率是受波動(dòng)規(guī)律支配的率是受波動(dòng)規(guī)律支配的 欄目鏈接 一顆質(zhì)量為一顆質(zhì)量為5 kg的炮彈的炮彈(1)以以200 m/s的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的德布羅意波長為多大？的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的德布羅意波長為多大？(2)若要使它的德布羅意波長與波長是若要使它的德布羅意波長與波長是400 nm的紫光波長相等，的紫光波長相等，則它必須以多大的速度運(yùn)動(dòng)？則它必須以

5、多大的速度運(yùn)動(dòng)？ 解析：解析：(1)炮彈的德布羅意波長為：炮彈的德布羅意波長為： (2)由由 得炮彈的運(yùn)動(dòng)速度為：得炮彈的運(yùn)動(dòng)速度為： v 3.3 m/s.答案：答案：(1)6.63 m(2)3.3 m/s 欄目鏈接方法總結(jié)：方法總結(jié)：明確德布羅意波的含義明確德布羅意波的含義，正確應(yīng)用公式正確應(yīng)用公式 實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，這種波稱之為物質(zhì)波這種波稱之為物質(zhì)波，也叫德布羅也叫德布羅意波物質(zhì)波波長意波物質(zhì)波波長 ，公式中公式中為德布羅意波為德布羅意波波長波長，h為普朗克常量為普朗克常量，p為粒子動(dòng)量對(duì)物理原理公式的理為粒子動(dòng)量對(duì)物理原理公式的理解關(guān)鍵在于對(duì)各物理量意義的理解解

6、關(guān)鍵在于對(duì)各物理量意義的理解 課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練1下列關(guān)于德布羅意波的認(rèn)識(shí)下列關(guān)于德布羅意波的認(rèn)識(shí)，正確的解釋是正確的解釋是(C)A任何一個(gè)物體都有一種波和它對(duì)應(yīng)任何一個(gè)物體都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這就是物質(zhì)波這就是物質(zhì)波BX光的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的光的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的 欄目鏈接C電子的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的電子的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的D宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以所以宏觀物體不具有波動(dòng)性宏觀物體不具有波動(dòng)性解析：解析：運(yùn)動(dòng)的物體才具有波動(dòng)性運(yùn)動(dòng)的物體才具有波動(dòng)性，A項(xiàng)錯(cuò)誤宏觀物體由項(xiàng)錯(cuò)誤宏觀物體由于動(dòng)量

7、太大于動(dòng)量太大，德布羅意波長太小德布羅意波長太小，所以看不到它的干涉、，所以看不到它的干涉、衍射現(xiàn)象，但仍有波動(dòng)性，衍射現(xiàn)象，但仍有波動(dòng)性，D項(xiàng)錯(cuò)誤；項(xiàng)錯(cuò)誤；X光是波長極短的光是波長極短的電磁波電磁波，是光子是光子，它的衍射不能證實(shí)物質(zhì)波的存在它的衍射不能證實(shí)物質(zhì)波的存在，B項(xiàng)項(xiàng)錯(cuò)誤只有錯(cuò)誤只有C項(xiàng)正確項(xiàng)正確不確定關(guān)系的理解與應(yīng)用不確定關(guān)系的理解與應(yīng)用在經(jīng)典物理學(xué)中，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位置和動(dòng)量是可以同時(shí)精確在經(jīng)典物理學(xué)中，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位置和動(dòng)量是可以同時(shí)精確測(cè)定的，對(duì)于微觀粒子，它的位置和動(dòng)量能同時(shí)被精確測(cè)測(cè)定的，對(duì)于微觀粒子，它的位置和動(dòng)量能同時(shí)被精確測(cè)定嗎？能用定嗎？能用“ 軌跡軌跡” 來描述粒子

8、的運(yùn)動(dòng)嗎？試以粒子的衍來描述粒子的運(yùn)動(dòng)嗎？試以粒子的衍射現(xiàn)象為例加以說明射現(xiàn)象為例加以說明提示：提示：微觀粒子的位置和動(dòng)量不能同時(shí)被精確測(cè)定在粒微觀粒子的位置和動(dòng)量不能同時(shí)被精確測(cè)定在粒子的衍射現(xiàn)象中子的衍射現(xiàn)象中，設(shè)有粒子通過狹縫后落在屏上設(shè)有粒子通過狹縫后落在屏上，狹縫寬狹縫寬度為度為a(用坐標(biāo)表示為用坐標(biāo)表示為x)，那么某個(gè)粒子通過狹縫時(shí)位于縫那么某個(gè)粒子通過狹縫時(shí)位于縫中的哪一點(diǎn)是不確定的中的哪一點(diǎn)是不確定的，不確定的范圍為不確定的范圍為x； 欄目鏈接由于微觀粒子具有波動(dòng)性由于微觀粒子具有波動(dòng)性，經(jīng)過狹縫后會(huì)發(fā)生衍射經(jīng)過狹縫后會(huì)發(fā)生衍射，有些有些粒子會(huì)偏離原來的運(yùn)動(dòng)方向跑到了投影位置以

9、外的地方粒子會(huì)偏離原來的運(yùn)動(dòng)方向跑到了投影位置以外的地方，這就意味著粒子有了與原來運(yùn)動(dòng)方向垂直的動(dòng)量這就意味著粒子有了與原來運(yùn)動(dòng)方向垂直的動(dòng)量(位于與位于與原運(yùn)動(dòng)方向垂直的平面上原運(yùn)動(dòng)方向垂直的平面上)又由于粒子落在何處是隨機(jī)又由于粒子落在何處是隨機(jī)的的，所以粒子在垂直于運(yùn)動(dòng)方向的動(dòng)量具有不確定性，不，所以粒子在垂直于運(yùn)動(dòng)方向的動(dòng)量具有不確定性，不確定量為確定量為p.根據(jù)根據(jù)xp 知知，如果如果x更小更小，則則p更大更大，也就是不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動(dòng)量也就是不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動(dòng)量，因而也因而也就不可能用就不可能用“ 軌跡軌跡” 來描述粒子的運(yùn)動(dòng)來描述粒子的運(yùn)動(dòng) 欄目鏈

10、接經(jīng)典力學(xué)中運(yùn)動(dòng)物體有完全確定的位置、動(dòng)量、能量等微經(jīng)典力學(xué)中運(yùn)動(dòng)物體有完全確定的位置、動(dòng)量、能量等微觀粒子中位置、動(dòng)量等具有不確定量觀粒子中位置、動(dòng)量等具有不確定量(概率概率)，也就是不能同，也就是不能同時(shí)用位置和動(dòng)量來描述粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)用位置和動(dòng)量來描述粒子的運(yùn)動(dòng)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不可能同時(shí)具有確定的位置和動(dòng)量如果以微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不可能同時(shí)具有確定的位置和動(dòng)量如果以x表示粒子位置的不確定量，以表示粒子位置的不確定量，以p表示粒子在表示粒子在x軸方向上的軸方向上的動(dòng)量的不確定量，那么動(dòng)量的不確定量，那么xp ，h為普朗克常量為普朗克常量粒子位置的不確定量粒子位置的不確定量x越小越小(微觀粒子的坐標(biāo)

11、測(cè)得越準(zhǔn)確微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)得越準(zhǔn)確)，動(dòng)量的不確定量動(dòng)量的不確定量px就越大，反之亦然就越大，反之亦然 欄目鏈接但這里要注意，不確定關(guān)系不是說微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)不準(zhǔn)；但這里要注意，不確定關(guān)系不是說微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)不準(zhǔn)；也不是說微觀粒子的動(dòng)量測(cè)不準(zhǔn)；更不是說微觀粒子的坐標(biāo)也不是說微觀粒子的動(dòng)量測(cè)不準(zhǔn)；更不是說微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量都測(cè)不準(zhǔn)；而是說微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)測(cè)和動(dòng)量都測(cè)不準(zhǔn)；而是說微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)測(cè)準(zhǔn)準(zhǔn)這是因?yàn)槲⒂^粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量本來就不同時(shí)具有確定這是因?yàn)槲⒂^粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量本來就不同時(shí)具有確定量這本質(zhì)上是微觀粒子具有波粒二象性及粒子空間分布遵量這本質(zhì)上是微觀粒子具有波

12、粒二象性及粒子空間分布遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律的必然反映從統(tǒng)計(jì)規(guī)律的必然反映不確定關(guān)系提供了一個(gè)判斷依據(jù)：當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制不確定關(guān)系提供了一個(gè)判斷依據(jù)：當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制可以忽略時(shí)，則可以用經(jīng)典理論來研究粒子的運(yùn)動(dòng)當(dāng)不確可以忽略時(shí)，則可以用經(jīng)典理論來研究粒子的運(yùn)動(dòng)當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制不可以忽略時(shí)，那只能用量子力學(xué)理論來定關(guān)系施加的限制不可以忽略時(shí)，那只能用量子力學(xué)理論來處理問題處理問題 欄目鏈接 欄目鏈接由不確定關(guān)系可知，原子中的電子在原子核的周圍運(yùn)動(dòng)是由不確定關(guān)系可知，原子中的電子在原子核的周圍運(yùn)動(dòng)是不確定的，因而不能用不確定的，因而不能用“軌道軌道”來描述它的運(yùn)動(dòng)電子在來描述它的運(yùn)動(dòng)電子在

13、空間各點(diǎn)出現(xiàn)的概率是不同的當(dāng)原子處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，空間各點(diǎn)出現(xiàn)的概率是不同的當(dāng)原子處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電子會(huì)形成一個(gè)穩(wěn)定的概率分布人們常用一些小圓點(diǎn)來電子會(huì)形成一個(gè)穩(wěn)定的概率分布人們常用一些小圓點(diǎn)來表示這種概率分布，概率大的地方小圓點(diǎn)密一些；概率小表示這種概率分布，概率大的地方小圓點(diǎn)密一些；概率小的地方小圓點(diǎn)疏一些，這樣的概率分布圖稱為電子云電的地方小圓點(diǎn)疏一些，這樣的概率分布圖稱為電子云電子云是原子核核外電子位置不確定的反映子云是原子核核外電子位置不確定的反映 設(shè)子彈的質(zhì)量為設(shè)子彈的質(zhì)量為0.01 kg，槍口直徑為，槍口直徑為0.5 cm，試求，試求子彈射出槍口時(shí)橫向速度的不確定量子彈射出槍口時(shí)橫

14、向速度的不確定量解析：解析：槍口直徑可以當(dāng)做子彈射出槍口位置的不確定量槍口直徑可以當(dāng)做子彈射出槍口位置的不確定量x，由于由于pxmvx，由不確定性關(guān)系式得子彈射出槍口時(shí)橫由不確定性關(guān)系式得子彈射出槍口時(shí)橫向速度的不確定量向速度的不確定量答案：答案：大于等于大于等于1.06 m/s 課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練2電子的運(yùn)動(dòng)受波動(dòng)性的支配電子的運(yùn)動(dòng)受波動(dòng)性的支配，對(duì)氫原子的核外電子對(duì)氫原子的核外電子，下下列說法錯(cuò)誤的是列說法錯(cuò)誤的是(C)A電子繞核運(yùn)動(dòng)的電子繞核運(yùn)動(dòng)的“軌道軌道”其實(shí)是沒有意義的其實(shí)是沒有意義的B電子軌道只不過是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置電子軌道只不過是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置C電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)電子繞