4.實(shí)物粒子的波粒二象性5不確定關(guān)系學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.理解德布羅意波，會(huì)計(jì)算物質(zhì)的波長會(huì)解釋相關(guān)現(xiàn)象，知道電子云(重點(diǎn)、難點(diǎn))2知道不確定關(guān)系的具體含義(重點(diǎn)、難點(diǎn))德 布 羅 意 假 說 及 實(shí) 驗(yàn) 驗(yàn) 證 電 子 云1德布羅意假說實(shí)物粒子象光子一樣，也具有波粒二象性，與粒子相對(duì)應(yīng)的波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波2德布羅意關(guān)系式Ehp3電子波動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)證實(shí)(1)1926年，戴維孫和革末通過實(shí)驗(yàn)首次發(fā)現(xiàn)了電子的衍射現(xiàn)象(2)1927年，湯姆孫用實(shí)驗(yàn)證明，電子在穿過金屬片后像X射線一樣產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，也證實(shí)了電子的波動(dòng)性(3)人們相繼用實(shí)驗(yàn)證實(shí)原子、分子、中子等微觀粒子的波動(dòng)性，德布羅意關(guān)系式已成為微觀粒子的波動(dòng)性和粒子性之間關(guān)系的基本公式4氫原子中的電子云(1)概率波同光波是概率波一樣，與實(shí)物粒子對(duì)應(yīng)的波(德布羅意波)也是一種概率波(2)電子云定義電子在原子核周圍出現(xiàn)的概率密度分布電子的分布電子在空間運(yùn)動(dòng)的過程中，概率密度大(小)的地方，電子運(yùn)動(dòng)在那里的機(jī)會(huì)就多(少)，電子云反映了原子核外電子位置的可能性1電子不但具有粒子性也具有波動(dòng)性()2物質(zhì)波的波長由粒子的大小決定()3物質(zhì)波的波長和粒子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量有關(guān)()4我們可以根據(jù)電子的運(yùn)動(dòng)軌跡判斷電子的出現(xiàn)位置()5微觀世界中不可以同時(shí)測量粒子的動(dòng)量和位置()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，由可知，它們對(duì)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(duì)應(yīng)的波長太小的緣故2粒子在空間各處出現(xiàn)的幾率受統(tǒng)計(jì)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(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4求解德布羅意波波長的方法(1)根據(jù)已知條件，寫出宏觀物體或微觀粒子動(dòng)量的表達(dá)式pmv.(2)根據(jù)波長公式求解(3)注意區(qū)分光子和微觀粒子的能量和動(dòng)量的不同表達(dá)式如光子的能量：h，動(dòng)量p；微觀粒子的動(dòng)能：Ekmv2，動(dòng)量pmv.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(duì)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(duì)應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波，D正確【答案】BDE2如果一個(gè)電子的德布羅意波長和一個(gè)中子的相等，則它們的_也相等. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：11010065】【解析】本題考查德布羅意波長的公式，意在考查考生對(duì)德布羅意波長公式的掌握由可知，如果一個(gè)電子和一個(gè)中子的德布羅意波長相等，則它們的動(dòng)量p相等【答案】動(dòng)量3如果一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)量為10 g的子彈都以103 m/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1.671027 kg)【解析】中子的動(dòng)量為p1m1v，子彈的動(dòng)量為p2m2v，據(jù)知中子和子彈的德布羅意波的波長分別為1，2聯(lián)立以上各式解得：1，2將m11.671027 kg，v1103 m/s，h6.631034 Js，m21.0102 kg代入上面兩式可解得14.01010 m，26.631035 m.【答案】4.01010 m6.631035 m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(duì)立的概念；在微觀世界中，波與粒子可以統(tǒng)一不 確 定 關(guān) 系1不確定關(guān)系在經(jīng)典物理學(xué)中，質(zhì)點(diǎn)在任意時(shí)刻都有確定的位置和動(dòng)量，沿著一定的軌道運(yùn)動(dòng)，在量子力學(xué)中，同時(shí)確定粒子的動(dòng)量和位置時(shí)，兩者的精確度有一個(gè)原則上的限制，其數(shù)學(xué)表達(dá)式稱為不確定關(guān)系2表達(dá)式xp.其中x表示粒子位置的不確定量，用p表示在x方向上動(dòng)量的不確定量，h是普朗克常量表達(dá)式的意義是：粒子在某一方向位置的不確定量和在這方向上動(dòng)量的不確定量的乘積大于或等于.1經(jīng)典的粒子可以同時(shí)確定位置和動(dòng)量()2微觀粒子可以同時(shí)確定位置和動(dòng)量()3對(duì)于微觀粒子，不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道其位置和動(dòng)量()對(duì)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位置和動(dòng)量的不確定性關(guān)系：xp由xp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2微觀粒子的運(yùn)動(dòng)沒有特定的軌道由不確定關(guān)系xp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)3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4對(duì)不確定性關(guān)系xp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xp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】CDE5已知5.31035 Js，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m1.0 kg，測定其位置的不確定量為106 m；(2)電子的質(zhì)量me9.01031 kg，測定其位置的不確定量為1010 m(即在原子的數(shù)量級(jí))【解析】(1)m1.0 kg，x1106 m，由xp，pmv知v1m/s5.31029 m/s.(2)me9.01031 kg，x21010 mv2 m/s5.89105 m/s.【答案】(1)5.31029 m/s(2)5.89105 m/s對(duì)不確定性關(guān)系的兩點(diǎn)提醒(1)不確定性關(guān)系xp是自然界的普遍規(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不計(jì)也就是說，宏觀世界中的物體質(zhì)量較大，位置和速度的不確定范圍較小，可同時(shí)較精確測出物體的位置和動(dòng)量(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)了