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1、2.4實(shí)物是粒子還是波,第2章波和粒子,[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道實(shí)物粒子具有波動(dòng)性，知道什么是物質(zhì)波.2.了解物質(zhì)波也是一種概率波.3.初步了解不確定關(guān)系.,內(nèi)容索引,,知識(shí)探究新知探究點(diǎn)點(diǎn)落實(shí),題型探究重點(diǎn)難點(diǎn)各個(gè)擊破,達(dá)標(biāo)檢測(cè)當(dāng)堂檢測(cè)鞏固反饋,知識(shí)探究,一、德布羅意波,[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(jué)到它的波動(dòng)性，你如何理解該問(wèn)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(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(zhǎng)短，難以觀測(cè).,答案,[知識(shí)梳理]對(duì)物質(zhì)波的認(rèn)識(shí)1.粒子的波動(dòng)性(1)任何一個(gè)的

2、物體，都有一種波與之相伴隨，這種波稱為，也叫德布羅意波.(2)物質(zhì)波波長(zhǎng)、頻率的計(jì)算公式為λ＝，ν＝.(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，德布羅意波長(zhǎng)太的緣故.,運(yùn)動(dòng)著,物質(zhì)波,大,小,2.物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(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，也應(yīng)該發(fā)生或衍射現(xiàn)象.(2)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.(3)說(shuō)明①人們陸續(xù)證實(shí)了質(zhì)子、中子以及原子、分子的，對(duì)于這些粒子，德布羅意給出的ν＝和λ＝關(guān)系同樣正確.②物質(zhì)波也是一種概率波.,干涉,干涉,波動(dòng)性,

3、波動(dòng)性,[即學(xué)即用]判斷下列說(shuō)法的正誤.(1)一切宏觀物體都伴隨一種波，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,√,[導(dǎo)學(xué)探究]1.如果光子是經(jīng)典的粒子，它在從光源飛出后應(yīng)該做勻速直線運(yùn)動(dòng)，它在屏上的落點(diǎn)應(yīng)該在縫的投影之內(nèi)，即屏上亮條紋寬度與縫寬相同.但是實(shí)際，它到達(dá)屏上的位置超出單縫投影的范圍，,二、不確定關(guān)系,圖1,形成了中間寬、兩側(cè)窄、明暗相間的衍射條紋，如圖1所示.微觀粒子的運(yùn)動(dòng)是否遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律？能否用經(jīng)典物理學(xué)的方法準(zhǔn)確確定粒子到達(dá)屏上的位置和動(dòng)量？,答案,答案按照牛頓運(yùn)動(dòng)定律，如果光子是經(jīng)典的粒子，光在運(yùn)動(dòng)過(guò)

4、程中不受力，光子應(yīng)該做勻速直線運(yùn)動(dòng).而由光的衍射可知，光子運(yùn)動(dòng)并不遵從牛頓運(yùn)動(dòng)定律，即對(duì)于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，不能用經(jīng)典物理學(xué)的方法確定其位置及動(dòng)量.,答案變大,2.單縫衍射時(shí)，屏上各點(diǎn)的亮度反映了粒子到達(dá)這點(diǎn)的概率.圖2是粒子到達(dá)屏上的概率在坐標(biāo)系中的表示.,答案,(1)如果狹縫變窄，粒子的衍射圖樣中，中央亮條紋變寬.這說(shuō)明當(dāng)粒子的位置不確定量減小時(shí)，動(dòng)量的不確定量如何變化？,圖2,(2)通過(guò)狹縫后，單個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)情況能否預(yù)知？粒子出現(xiàn)在屏上的位置遵循什么規(guī)律？,答案,(3)粒子位置的不確定量Δx與動(dòng)量的不確定量Δp有什么關(guān)系？,答案不能粒子出現(xiàn)在屏上的位置遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律,[知識(shí)梳理]1.定義：在

5、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，要同時(shí)測(cè)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.2.表達(dá)式：≥.其中以Δx表示粒子的不確定量，以Δpx表示粒子在x方向上的的不確定量，h是.3.微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本特征：不再遵守定律，不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的和，不可能用“軌跡”來(lái)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(guò)做統(tǒng)計(jì)性的描述.,不確定,ΔxΔpx,位置,動(dòng)量,普朗克常量,牛頓運(yùn)動(dòng),位置,動(dòng)量,概率,題型探究,一、對(duì)德布羅意波的理解,1.任何物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)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(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)

6、太小.2.物質(zhì)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，不能以宏觀觀點(diǎn)中的波來(lái)理解德布羅意波.3.德布羅意假說(shuō)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(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.,例1(多選)關(guān)于物質(zhì)波，下列認(rèn)識(shí)中正確的是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做物質(zhì)波，但它們不具有干涉、衍射等現(xiàn)象,答案,解析,√,√,解析據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論知，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體，小到

7、電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)，都有一種波與之相對(duì)應(yīng)，這種波就叫物質(zhì)波，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，即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(guò)鋁箔的衍射實(shí)驗(yàn)知，少量電子穿過(guò)鋁箔后所落位置是散亂的，無(wú)規(guī)律的，但大量電子穿過(guò)鋁箔后落的位置則呈現(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質(zhì)量為10g、速度為300m/s在空中飛行的子彈，其德布羅意波長(zhǎng)是多少？為什么我們無(wú)法觀察到其波動(dòng)性

8、？,答案2.2110－34m由于子彈的德布羅意波長(zhǎng)極短，無(wú)法觀察到其波動(dòng)性,答案,解析,因子彈的德布羅意波長(zhǎng)極短，故無(wú)法觀察到其波動(dòng)性.,針對(duì)訓(xùn)練(多選)下列說(shuō)法中正確的是A.物質(zhì)波也叫德布羅意波B.物質(zhì)波也是概率波C.光波是一種概率波D.光波也是物質(zhì)波,答案,解析,解析物質(zhì)波，又稱德布羅意波，是概率波，指空間中某點(diǎn)某時(shí)刻可能出現(xiàn)的幾率，其中概率的大小受波動(dòng)規(guī)律的支配，故A、B正確.光波具有波粒二象性，波動(dòng)性表明光波是一種概率波，故C正確.由于光子的特殊性，其靜止質(zhì)量為零，所以光不是物質(zhì)波，故D錯(cuò)誤.,√,√,√,德布羅意波長(zhǎng)的計(jì)算1.首先計(jì)算物體的速度，再計(jì)算其動(dòng)量.如果知道物體動(dòng)能也可以直

9、接用p＝計(jì)算其動(dòng)量.2.再根據(jù)λ＝計(jì)算德布羅意波長(zhǎng).3.需要注意的是：德布羅意波長(zhǎng)一般都很短，比一般的光波波長(zhǎng)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.,1.粒子位置的不確定性：?jiǎn)慰p衍射現(xiàn)象中，入射的粒子有確定的動(dòng)量，但它們經(jīng)過(guò)狹縫后可以處于任何位置，也就是說(shuō)，粒子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(guò)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(lái)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

10、紋的寬度來(lái)衡量.,二、對(duì)不確定關(guān)系的理解,3.位置和動(dòng)量的不確定性關(guān)系：ΔxΔp≥.由ΔxΔp≥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(méi)有特定的軌道：由不確定性關(guān)系ΔxΔp≥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(lái)描述粒子的運(yùn)動(dòng).,例3(多選)根據(jù)不確定性關(guān)系ΔxΔp≥，判斷下列說(shuō)法正確的是A.采取辦法提高測(cè)量Δx精度時(shí)，Δp的精度下降B.采取辦法提高測(cè)量Δx精度時(shí)，Δp的精度上升C.Δx與Δp測(cè)量精度與測(cè)量?jī)x器及測(cè)量方法是否完備有關(guān)D.Δx與Δp測(cè)量

11、精度與測(cè)量?jī)x器及測(cè)量方法是否完備無(wú)關(guān),解析不確定性關(guān)系表明，無(wú)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(cè)量?jī)x器及測(cè)量方法是否完備無(wú)關(guān)，無(wú)論怎樣改善測(cè)量?jī)x器和測(cè)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.,答案,解析,√,√,這個(gè)速度不確定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.,例4已知＝5.310－35Js，試求下列情況中速度測(cè)定的不確定量，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果，討論在宏觀和微觀世界中進(jìn)行測(cè)量的不同情況.(1)一個(gè)球的質(zhì)量m＝1.0kg，測(cè)定其位置的不確定量為10－6m.,答案,解析,答案見(jiàn)解析,解

12、析m＝1.0kg，Δx1＝10－6m，,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.,(2)電子的質(zhì)量me＝9.010－31kg，測(cè)定其位置的不確定量為10－10m.,答案,解析,答案見(jiàn)解析,解析me＝9.010－31kg，Δx2＝10－10m,理解不確定性關(guān)系時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題1.對(duì)球這樣的宏觀物體，不確定量是微不足道的，對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性沒(méi)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(cè)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).,達(dá)標(biāo)檢測(cè),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

13、波長(zhǎng)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波，故A項(xiàng)錯(cuò).,1.(物質(zhì)波的理解)下列說(shuō)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(yáng)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,√,1,2,3,4,答案,解析,2.(物質(zhì)波的理解)1927年戴維孫和革末完成了電子衍射實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)是榮獲諾貝爾獎(jiǎng)的重大近代物理實(shí)驗(yàn)之一.如圖3所示的是該實(shí)驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)化圖.下列說(shuō)法不正確的是A.亮條

14、紋是電子到達(dá)概率大的地方B.該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明物質(zhì)波理論是正確的C.該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了光子具有波動(dòng)性D.該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明實(shí)物粒子具有波動(dòng)性,√,1,2,3,4,答案,解析,圖3,解析該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明物質(zhì)波理論是正確的，實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，亮條紋是電子到達(dá)概率大的地方，不能說(shuō)明光子具有波動(dòng)性，故選C.,解析微觀粒子的波動(dòng)性是一種概率波，對(duì)于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，牛頓運(yùn)動(dòng)定律已經(jīng)不適用了，所以氫原子的核外電子不能用確定的坐標(biāo)描述它們?cè)谠又械奈恢茫娮拥摹败壍馈逼鋵?shí)是沒(méi)意義的，電子軌道只不過(guò)是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置，綜上所述，C、D正確.,3.(物質(zhì)波的理解)(多選)電子的運(yùn)動(dòng)受波動(dòng)性的支配，對(duì)于氫原子的核外電子，下列說(shuō)法

15、正確的是A.氫原子的核外電子可以用確定的坐標(biāo)描述它們?cè)谠又械奈恢肂.電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律確定它的軌道C.電子繞核運(yùn)動(dòng)的“軌道”其實(shí)是沒(méi)有意義的D.電子軌道只不過(guò)是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置,√,√,1,2,3,4,答案,解析,4.(不確定性關(guān)系的理解)(多選)關(guān)于不確定性關(guān)系ΔxΔp≥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(zhǎng)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,