高中物理粵教版5第二章波粒二象性 第2章第5節(jié)德布羅意波_第1頁
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文檔簡介

第五節(jié)德布羅意波學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.知道實(shí)物粒子具有波動(dòng)性.2.知道光波和物質(zhì)波都是概率波.3.理解德布羅意波,會(huì)解釋相關(guān)現(xiàn)象.(重點(diǎn))4.知道電子云,了解“不確定性關(guān)系”的具體含義.(難點(diǎn))德布羅意波假說及電子衍射eq\o([先填空])1.德布羅意波:任何一個(gè)實(shí)物粒子都和一個(gè)波相對應(yīng),這種波后來被稱為德布羅意波,也稱為物質(zhì)波.2.波長與動(dòng)量關(guān)系:λ=eq\f(h,p).3.電子衍射:電子束在晶體上反射可能發(fā)生衍射.eq\o([再判斷])1.電子衍射的發(fā)現(xiàn)證明了德布羅意波假說.(√)2.電子不僅會(huì)發(fā)生衍射,還會(huì)發(fā)生干涉.(√)3.包括光子在內(nèi)的一切微觀粒子都具有波粒二象性,而實(shí)物粒子不具有波粒二象性.(×)eq\o([后思考])既然德布羅意提出了物質(zhì)波的概念,為什么我們生活中卻體會(huì)不到?【提示】平時(shí)所見的宏觀物體的質(zhì)量比微觀粒子的質(zhì)量大得多,運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量很大,由λ=eq\f(h,p)可知,它們對應(yīng)的物質(zhì)波波長很小,因此,無法觀察到它們的波動(dòng)性.1.任何物體,小到電子、質(zhì)子,大到行星、太陽都存在波動(dòng)性,我們之所以觀察不到宏觀物體的波動(dòng)性,是因?yàn)楹暧^物體對應(yīng)的波長太小的緣故.2.德布羅意波是一種概率波,粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受波動(dòng)規(guī)律支配,不要以宏觀觀點(diǎn)中的波來理解德布羅意波.3.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,又都具有波動(dòng)性,與光子對應(yīng)的波是電磁波,與實(shí)物粒子對應(yīng)的波是物質(zhì)波.1.下列說法中正確的是()A.物質(zhì)波屬于機(jī)械波B.物質(zhì)波與機(jī)械波有本質(zhì)區(qū)別C.只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀粒子才具有波動(dòng)性D.德布羅意認(rèn)為,任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體,小到電子、質(zhì)子,大到行星、太陽,都有一種波和它對應(yīng),這種波叫物質(zhì)波E.宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí),雖看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象,但宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)仍具有波動(dòng)性【解析】物質(zhì)波是一切運(yùn)動(dòng)著的物體所具有的波,與機(jī)械波性質(zhì)不同,A錯(cuò)誤B正確;宏觀物體也具有波動(dòng)性,只是干涉、衍射現(xiàn)象不明顯,看不出來,C錯(cuò)誤E正確;德布羅意認(rèn)為,任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體,小到電子、質(zhì)子,大到行星、太陽,都有一種波和它對應(yīng),這種波叫物質(zhì)波,D正確.【答案】BDE2.如果一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)量為10g的子彈都以103m/s的速度運(yùn)動(dòng),則它們的德布羅意波的波長分別是多長?(中子的質(zhì)量為×10-27kg)【解析】中子的動(dòng)量為p1=m1v,子彈的動(dòng)量為p2=m2v,據(jù)λ=eq\f(h,p)知中子和子彈的德布羅意波的波長分別為λ1=eq\f(h,p1),λ2=eq\f(h,p2)聯(lián)立以上各式解得:λ1=eq\f(h,m1v),λ2=eq\f(h,m2v)將m1=×10-27kg,v=1×103m/s,h=×10-34J·s,m2=×10-2kg代入上面兩式可解得λ1=×10-10m,λ2=×10-35m.【答案】×10-10m×10-35m宏觀物體波動(dòng)性的三點(diǎn)提醒1.一切運(yùn)動(dòng)著的物體都具有波動(dòng)性,宏觀物體觀察不到其波動(dòng)性,但并不否定其波動(dòng)性.2.要注意大量光子、個(gè)別光子、宏觀物體、微觀粒子等相關(guān)概念的區(qū)別.3.在宏觀世界中,波與粒子是對立的概念;在微觀世界中,波與粒子可以統(tǒng)一.電子云和不確定性關(guān)系eq\o([先填空])1.電子云:原子中的電子在原子核的周圍運(yùn)動(dòng),在空間各點(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.由于歷史上的原因,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,概率小的地方小圓點(diǎn)疏一些,這樣的概率分布圖稱為電子云.2.不確定性關(guān)系:用Δx表示微觀粒子位置的不確定性,用Δp表示微觀粒子動(dòng)量的不確定性,則兩者之間的關(guān)系為ΔxΔp≥eq\f(h,4π),即不確定性關(guān)系.它意味著微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不可能同時(shí)完全精確地確定.eq\o([再判斷])1.在討論微觀粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí),只能給出微觀粒子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的概率分布,無法給出微觀粒子運(yùn)行的軌跡.(√)2.微觀粒子運(yùn)動(dòng)的狀態(tài),不能像宏觀物體的運(yùn)動(dòng)那樣通過確定的軌跡來描述,而是只能通過概率波作統(tǒng)計(jì)性的描述.(√)3.改進(jìn)測量技術(shù),不確定性關(guān)系可以確定,微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量可以同時(shí)確定.(×)eq\o([后思考])對微觀粒子的運(yùn)動(dòng)分析能不能用“軌跡”來描述?【提示】不能.微觀粒子的運(yùn)動(dòng)遵循不確定關(guān)系,也就是說,要準(zhǔn)確確定粒子的位置,動(dòng)量(或速度)的不確定量就更大;反之,要準(zhǔn)確確定粒子的動(dòng)量(或速度),位置的不確定量就更大,也就是說不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動(dòng)量.因而不可能用“軌跡”來描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng).1.粒子位置的不確定性:單縫衍射現(xiàn)象中,入射的粒子有確定的動(dòng)量,但它們可以處于擋板左側(cè)的任何位置,也就是說,粒子在擋板左側(cè)的位置是完全不確定的.2.粒子動(dòng)量的不確定性(1)微觀粒子具有波動(dòng)性,會(huì)發(fā)生衍射.大部分粒子到達(dá)狹縫之前沿水平方向運(yùn)動(dòng),而在經(jīng)過狹縫之后,有些粒子跑到投影位置以外.這些粒子具有與其原來運(yùn)動(dòng)方向垂直的動(dòng)量.(2)由于哪個(gè)粒子到達(dá)屏上的哪個(gè)位置是完全隨機(jī)的,所以粒子在垂直方向上的動(dòng)量也具有不確定性,不確定量的大小可以由中央亮條紋的寬度來衡量.3.位置和動(dòng)量的不確定性關(guān)系:ΔxΔp≥eq\f(h,4π)由ΔxΔp≥eq\f(h,4π)可以知道,在微觀領(lǐng)域,要準(zhǔn)確地確定粒子的位置,動(dòng)量的不確定性就更大;反之,要準(zhǔn)確地確定粒子的動(dòng)量,那么位置的不確定性就更大.4.微觀粒子的運(yùn)動(dòng)沒有特定的軌道:由不確定關(guān)系ΔxΔp≥eq\f(h,4π)可知,微觀粒子的位置和動(dòng)量是不能同時(shí)被確定的,這也就決定了不能用“軌跡”的觀點(diǎn)來描述粒子的運(yùn)動(dòng).5.經(jīng)典物理和微觀物理的區(qū)別(1)在經(jīng)典物理學(xué)中,可以同時(shí)用位置和動(dòng)量精確地描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),如果知道質(zhì)點(diǎn)的加速度,還可以預(yù)言質(zhì)點(diǎn)在以后任意時(shí)刻的位置和動(dòng)量,從而描繪它的運(yùn)動(dòng)軌跡.(2)在微觀物理學(xué)中,不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動(dòng)量.因而也就不可能用“軌跡”來描述粒子的運(yùn)動(dòng).但是,我們可以準(zhǔn)確地知道大量粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律.3.對不確定性關(guān)系ΔxΔp≥eq\f(h,4π)有以下幾種理解,其中正確的是()A.微觀粒子的動(dòng)量不可能確定B.微觀粒子的坐標(biāo)不可能確定C.微觀粒子的動(dòng)量和坐標(biāo)不可能同時(shí)確定D.不確定性關(guān)系不僅適用于電子和光子等微觀粒子,也適用于其他宏觀物體E.在微觀物理學(xué)中,不可能用“軌跡來描述粒子的運(yùn)動(dòng)”【解析】不確定性關(guān)系ΔxΔp≥eq\f(h,4π)表示確定位置、動(dòng)量的精確度互相制約,此長彼消,當(dāng)粒子位置的不確定性變小時(shí),粒子動(dòng)量的不確定性變大;當(dāng)粒子位置的不確定性變大時(shí),粒子動(dòng)量的不確定性變小,故不能同時(shí)準(zhǔn)確確定粒子的動(dòng)量和坐標(biāo).不確定性關(guān)系也適用于其他宏觀物體,不過這些不確定量微乎其微.【答案】CDE4.已知eq\f(h,4π)=×10-35J·s,試求下列情況中速度測定的不確定量.(1)一個(gè)球的質(zhì)量m=kg,測定其位置的不確定量為10-6m;(2)電子的質(zhì)量me=×10-31kg,測定其位置的不確定量為10-10m(即在原子的數(shù)量級(jí)).【解析】(1)m=kg,Δx1=10-6m,由ΔxΔp≥eq\f(h,4π),Δp=mΔv知Δv1≥eq\f(h,4πΔx1m)=eq\f×10-35,10-6×m/s=×10-29m/s.(2)me=×10-31kg,Δx2=10-10mΔv2≥eq\f(h,4πΔx2me)=eq\f×10-35,10-10××10-31)m/s=×105m/s.【答案】(1)×10-29m/s(2)×105m/s對不確定

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