粵教版選修35 第二章 第五節(jié) 德布羅意波 課件（33張）.ppt

第五節(jié)德布羅意波 第二章波粒二象性 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 了解物質(zhì)波的概念 知道實(shí)物粒子具有波粒二象性 2 了解電子衍射實(shí)驗(yàn)及對(duì)德布羅意波假說的證明 3 了解什么是電子云 知道物質(zhì)波也是一種概率波 4 了解不確定性關(guān)系及對(duì)一些現(xiàn)象的解釋 內(nèi)容索引 知識(shí)探究新知探究點(diǎn)點(diǎn)落空 題型探究重點(diǎn)難點(diǎn)各個(gè)擊破 達(dá)標(biāo)檢測當(dāng)堂檢測鞏固反饋 知識(shí)探究 導(dǎo)學(xué)探究 德布羅意認(rèn)為任何運(yùn)動(dòng)著的物體均具有波動(dòng)性 可是我們觀察運(yùn)動(dòng)著的汽車 并未感覺到它的波動(dòng)性 你如何理解該問題 答案波粒二象性是微觀粒子的特殊規(guī)律 一切微觀粒子都存在波動(dòng)性 宏觀物體 如汽車 也存在波動(dòng)性 只是因?yàn)楹暧^物體質(zhì)量大 動(dòng)量大 波長短 難以觀測 一 德布羅意波假說和電子衍射 答案 知識(shí)梳理 1 粒子的波動(dòng)性 1 任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的都和一個(gè)波相對(duì)應(yīng) 這種波稱為德布羅意波 也稱為 2 德布羅意波波長與動(dòng)量之間的關(guān)系為 3 我們之所以看不到宏觀物體的波動(dòng)性 是因?yàn)楹暧^物體的動(dòng)量太 德布羅意波波長太的緣故 實(shí)物粒子 物質(zhì)波 大 小 2 物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 電子衍射 1 實(shí)驗(yàn)探究思路 衍射是波特有的現(xiàn)象 如果實(shí)物粒子具有波動(dòng)性 則在一定條件下 也能夠發(fā)生或衍射現(xiàn)象 2 電子束在晶體的會(huì)發(fā)生衍射 電子束在單晶mno3上和在多晶au上都能產(chǎn)生圖樣 且圖樣都跟光通過小孔的圖樣相同 說明電子與光有相似之處 都具有 即電子具有波動(dòng)性 干涉 干涉 晶格上 衍射 衍射 衍射 波粒 二象性 3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 1927年戴維孫和湯姆生分別利用晶體做了電子束衍射的實(shí)驗(yàn) 得到了電子的衍射圖樣 證實(shí)了電子的 4 說明 實(shí)物粒子也具有和光一樣的 總的來講 波粒二象性是包括光子在內(nèi)的一切的共同特征 和光子一樣 對(duì)微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的最準(zhǔn)確的描述是 波動(dòng)性 波粒二象性 微觀粒子 概率波 即學(xué)即用 判斷下列說法的正誤 1 一切實(shí)物粒子都伴隨一種波 即物質(zhì)波 2 湖面上的水波就是物質(zhì)波 3 電子的衍射現(xiàn)象證實(shí)了實(shí)物粒子具有波動(dòng)性 答案 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)定的分布 的地方小圓點(diǎn)密一些 的地方小圓點(diǎn)疏一些 這樣的概率分布圖稱為電子云 這也說明 德布羅意波是一種概率波 二 電子云 概率 概率大 概率小 其中以 x表示微觀粒子的不確定性 以 p表示微觀粒子在x方向上的的不確定性 h是 1 定義 在經(jīng)典物理學(xué)中 可以同時(shí)用質(zhì)點(diǎn)的位置和動(dòng)量精確描述它的運(yùn)動(dòng) 在微觀物理學(xué)中 對(duì)光子位置的測量越精確 其動(dòng)量的不確定性就越大 反之亦然 要同時(shí)測出微觀粒子的位置和動(dòng)量是不太可能的 這種關(guān)系叫關(guān)系 三 不確定性關(guān)系 不確定性 x p 位置 動(dòng)量 普朗克常量 3 微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本特征 不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的和 不可能用 軌跡 來描述粒子的運(yùn)動(dòng) 微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只能通過 做統(tǒng)計(jì)性的描述 位置 動(dòng)量 概率 即學(xué)即用 判斷下列說法的正誤 1 在電子衍射中 電子通過狹縫后運(yùn)動(dòng)的軌跡是確定的 2 宏觀物體的動(dòng)量和位置可準(zhǔn)確測定 3 微觀粒子的動(dòng)量和位置不可同時(shí)準(zhǔn)確測定 答案 題型探究 一 對(duì)德布羅意波的理解 德布羅意波也是概率波 對(duì)于電子和其他微觀粒子 單個(gè)粒子的位置是不確定的 但在某點(diǎn)出現(xiàn)的概率的大小可以由波動(dòng)的規(guī)律確定 而且對(duì)于大量粒子 這種概率分布導(dǎo)致確定的宏觀結(jié)果 所以德布羅意波也是概率波 例1 多選 關(guān)于物質(zhì)波 下列認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤的是a 任何運(yùn)動(dòng)的物體 質(zhì)點(diǎn) 都伴隨一種波 這種波叫做物質(zhì)波b x射線的衍射實(shí)驗(yàn) 證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的c 電子的衍射實(shí)驗(yàn) 證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的d 宏觀物體盡管可以看作物質(zhì)波 但它們不具有干涉 衍射等現(xiàn)象 解析 答案 解析據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論 任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體 小到電子 質(zhì)子 大到行星 太陽 都有一種波與之相對(duì)應(yīng) 這種波就叫做物質(zhì)波 故a選項(xiàng)正確 由于x射線本身就是一種波 而不是實(shí)物粒子 故x射線的衍射現(xiàn)象 并不能證實(shí)物質(zhì)波理論的正確性 故b選項(xiàng)錯(cuò)誤 電子是一種實(shí)物粒子 電子的衍射現(xiàn)象表明運(yùn)動(dòng)著的實(shí)物粒子具有波動(dòng)性 故c選項(xiàng)正確 由電子穿過鋁箔的衍射實(shí)驗(yàn)知 少量電子穿過鋁箔后所落位置是散亂的 無規(guī)律的 但大量電子穿過鋁箔后所落的位置呈現(xiàn)出衍射圖樣 即大量電子的行為表現(xiàn)出電子的波動(dòng)性 干涉 衍射是波的特有現(xiàn)象 只要是波 都會(huì)發(fā)生干涉 衍射現(xiàn)象 故選項(xiàng)d錯(cuò)誤 例2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大 中子的質(zhì)量為1 67 10 27kg 答案3 97 10 10m6 63 10 35m 解析 答案 解析中子的動(dòng)量為p1 m1v子彈的動(dòng)量為p2 m2v 將m1 1 67 10 27kg v 103m sh 6 63 10 34j s m2 10 2kg代入上面兩式可解得 1 3 97 10 10m 2 6 63 10 35m 德布羅意波長的計(jì)算 3 需要注意的是 德布羅意波長一般都很短 比一般的光波波長還要短 可以根據(jù)結(jié)果的數(shù)量級(jí)大致判斷結(jié)果是否合理 二 對(duì)不確定性關(guān)系的理解 理解不確定性關(guān)系時(shí)應(yīng)注意的問題 1 對(duì)子彈這樣的宏觀物體 不確定量是微不足道的 對(duì)測量準(zhǔn)確性沒有任何限制 但對(duì)微觀粒子卻是不可忽略的 2 在微觀世界中 粒子質(zhì)量較小 不能同時(shí)精確地測出粒子的位置和動(dòng)量 也就不能準(zhǔn)確地把握粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 例3 多選 根據(jù)不確定性關(guān)系 x p 判斷下列說法正確的是a 采取辦法提高測量 x精度時(shí) p的精度下降b 采取辦法提高測量 x精度時(shí) p的精度上升c x與 p測量精度與測量儀器及測量方法是否完備有關(guān)d x與 p測量精度與測量儀器及測量方法是否完備無關(guān) 答案 解析 解析不確定性關(guān)系表明 無論采用什么方法試圖確定位置坐標(biāo)和相應(yīng)動(dòng)量中的一個(gè) 必然引起另一個(gè)較大的不確定性 這樣的結(jié)果與測量儀器及測量方法是否完備無關(guān) 無論怎樣改善測量儀器和測量方法 都不可能逾越不確定性關(guān)系所給出的限度 故a d正確 1 一個(gè)球的質(zhì)量m 1 0kg 測定其位置的不確定量為10 6m 答案 解析 答案見解析 解析m 1 0kg x1 10 6m 這個(gè)速度不確定量在宏觀世界中微不足道 可認(rèn)為球的速度是確定的 其運(yùn)動(dòng)遵從經(jīng)典物理學(xué)理論 2 電子的質(zhì)量me 9 0 10 31kg 測定其位置的不確定量為10 10m 解析 答案 答案見解析 解析me 9 0 10 31kg x2 10 10m 這個(gè)速度不確定量不可忽略 不能認(rèn)為原子中的電子具有確定的速度 其運(yùn)動(dòng)不能用經(jīng)典物理學(xué)理論處理 達(dá)標(biāo)檢測 1 2 3 4 1 對(duì)物質(zhì)波的認(rèn)識(shí) 下列說法中正確的是a 物質(zhì)波屬于機(jī)械波b 只有像電子 質(zhì)子 中子這樣的微觀粒子才具有波動(dòng)性c 德布羅意認(rèn)為任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體 小到電子 質(zhì)子 中子 大到行星 太陽都有一種波與之相對(duì)應(yīng) 這種波叫物質(zhì)波d 宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí) 看不到它的衍射和干涉現(xiàn)象 所以宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)不具有波動(dòng)性 答案 解析 解析任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體都具有波動(dòng)性 但因?yàn)楹暧^物體的德布羅意波長很短 所以很難看到它的衍射和干涉現(xiàn)象 所以c項(xiàng)對(duì) b d項(xiàng)錯(cuò) 物質(zhì)波不同于宏觀意義上的機(jī)械波 故a項(xiàng)錯(cuò) 答案 解析 1 2 3 4 2 物質(zhì)波波長公式的應(yīng)用 關(guān)于物質(zhì)波 下列說法正確的是a 速度相等的電子和質(zhì)子 電子的波長長b 動(dòng)能相等的電子和質(zhì)子 電子的波長短c 動(dòng)量相等的電子和中子 中子的波長短d 甲電子的速度是乙電子的3倍 甲電子的波長也是乙電子的3倍 解析 動(dòng)量相等的電子和中子 其波長應(yīng)相等 c錯(cuò)誤 1 2 3 4 1 2 3 4 3 不確定關(guān)系的理解 多選 關(guān)于不確定性關(guān)系 x p 有以下幾種理解 正確的是a 微觀粒子的動(dòng)量不可確定b 微觀粒子的位置坐標(biāo)不可確定c 微觀粒子的動(dòng)量和位置不可能同時(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 也適用于其他宏觀粒子 答案 解析 1 2 3 4 解析不確定性關(guān)系表示位置 動(dòng)量的精度相互制約 此長彼消 當(dāng)粒子的位置不確定性更小時(shí) 粒子動(dòng)量的不確定性更大 反之亦然 故不能同時(shí)準(zhǔn)確確定粒子的位置和動(dòng)量 不確定性關(guān)系是自然界中的普遍規(guī)律 對(duì)微觀世界的影響顯著 對(duì)宏觀世界的影響可忽略 故c d正確 1 2 3 4 4 不確定性關(guān)系式的計(jì)算 質(zhì)量為10g的子彈與電子的速率相同 均為500m s 測量準(zhǔn)確度為0 01 若位置和速率在同一實(shí)驗(yàn)中同時(shí)測量 試問它們位置的最小不確定