第3節(jié)實物粒子的波粒二象性第4節(jié)“基本粒子”與恒星演化學 習 目 標知 識 脈 絡1.知道實物粒子具有波動性，會計算物質波的波長，知道電子云，初步了解不確定性關系(重點、難點)2.初步了解粒子物理學的基礎知識(重點)3.初步了解恒星的演化(重點)4.了解人類認識世界的發(fā)展性，體會人類對世界的探究是不斷深入的. 德布羅意假設及其實驗探索先填空1德布羅意波德布羅意提出實物粒子也具有波動性稱這種波為物質波或德布羅意波2物質波的波長、頻率與粒子能量、動量的關系(1)粒子能量E與相應波的頻率之間的關系為Eh.(2)動量p與相應波長之間的關系為p.3物質波的實驗驗證(1)1927年，戴維孫和革末通過實驗首次發(fā)現了電子的衍射現象(2)1927年，湯姆孫用實驗證明，電子在穿過金屬片后像X射線一樣產生衍射現象，也證實了電子的波動性(3)1960年，約恩孫直接做了電子雙縫干涉實驗，從屏上攝得了類似楊氏雙縫干涉圖樣的照片再判斷1電子不但具有粒子性也具有波動性()2物質波的波長由粒子的大小決定()3物質波的波長和粒子運動的動量有關()后思考運動著的宏觀物體具有波動性，為什么我們很難觀察到宏觀物體的波動性？【提示】由p得，宏觀物體的動量比微觀粒子的動量大得多，運動著的宏觀物體的波長都很短，而波長越長波動性越明顯，所以我們很難觀察到宏觀物體的波動性核心點擊1任何物體，小到電子、質子，大到行星、太陽都存在波動性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性，是因為宏觀物體對應的波長太小的緣故2粒子在空間各處出現的幾率受統(tǒng)計規(guī)律支配，不要以宏觀觀點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粒子，即光子與實物粒子都具有粒子性，又都具有波動性，與光子對應的波是電磁波，與實物粒子對應的波是物質波1以下說法正確的是()A宏觀粒子也具有波動性B抖動細繩一端，繩上的波就是物質波C物質波也是一種概率波D物質波就是光波E電子的波動性可以通過實驗觀察到【解析】任何物體都具有波動性，故A正確對宏觀物體而言，其波動性難以觀測，我們所看到的繩波是機械波，不是物質波，故B錯誤物質波與光波一樣，也是一種概率波，即粒子在各點出現的概率遵循波動規(guī)律，但物質波不是光波，故C正確，D錯誤；通過電子雙縫干涉實驗，觀察到電子的雙縫干涉圖樣，證明電子具有波動性，E正確【答案】ACE2如果一個電子的德布羅意波長和一個中子的相等，則它們的_也相等【解析】本題考查德布羅意波長的公式，意在考查考生對德布羅意波長公式的掌握由可知，如果一個電子和一個中子的德布羅意波長相等，則它們的動量p相等【答案】動量3質量為10 g、速度為300 m/s在空中飛行的子彈，其德布羅意波長是多少？為什么我們無法觀察出其波動性？【解析】子彈在空中飛行時的動量pmv10103300 kgm/s3 kgm/s子彈的德布羅意波長為 m2.211034 m由于子彈的德布羅意波長極短，故無法觀察到其波動性【答案】2.211034 m由于子彈的德布羅意波長極短，無法觀察到其波動性有關德布羅意波計算的一般方法(1)計算物體的速度，再計算其動量如果知道物體動能也可以直接用p計算其動量(2)根據計算德布羅意波長(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，可以根據結果的數量級大致判斷結果是否合理(4)宏觀物體的波長小到可以忽略，其波動性很不明顯 不確定性關系及電子云先填空1在微觀世界中，粒子的位置和動量存在不確定性，不能同時測量2不確定性關系：xp.式中，x為位置的不確定范圍，p為動量的不確定范圍，h為普朗克常量3此式表明，不能同時精確測定一個微觀粒子的位置和動量4電子云(1)定義在原子核周圍用點的疏密表示的電子出現的概率分布(2)電子的分布某一空間范圍內電子出現概率大的地方點密，電子出現概率小的地方點疏電子云反映了原子核外電子位置的可能性再判斷1無論宏觀世界還是微觀世界，粒子的位置都是確定的()2我們可以根據電子的運動軌跡判斷電子的出現位置()3微觀世界中不可以同時測量粒子的動量和位置()后思考在微觀物理學中，我們不可能同時準確地知道某個粒子的位置和動量，那么粒子出現的位置是否就是無規(guī)律可循的？【提示】粒子出現的位置還是有規(guī)律可循的，那就是統(tǒng)計規(guī)律，比如干涉、衍射的亮斑位置就是粒子出現概率大的位置核心點擊1粒子位置的不確定性：單縫衍射現象中，入射的粒子有確定的動量，但它們可以處于擋板左側的任何位置，也就是說，粒子在擋板左側的位置是完全不確定的2粒子動量的不確定性(1)微觀粒子具有波動性，會發(fā)生衍射大部分粒子到達狹縫之前沿水平方向運動，而在經過狹縫之后，有些粒子跑到投影位置以外這些粒子具有與其原來運動方向垂直的動量(2)由于哪個粒子到達屏上的哪個位置是完全隨機的，所以粒子在垂直方向上的動量也具有不確定性，不確定量的大小可以由中央亮條紋的寬度來衡量3位置和動量的不確定性關系：xp由xp可以知道，在微觀領域，要準確地確定粒子的位置，動量的不確定性就更大；反之，要準確地確定粒子的動量，那么位置的不確定性就更大4微觀粒子的運動沒有特定的軌道：由不確定關系xp可知，微觀粒子的位置和動量是不能同時被確定的，這也就決定了不能用“軌跡”的觀點來描述粒子的運動5經典物理和微觀物理的區(qū)別(1)在經典物理學中，可以同時用位置和動量精確地描述質點的運動，如果知道質點的加速度，還可以預言質點在以后任意時刻的位置和動量，從而描繪它的運動軌跡(2)在微觀物理學中，不可能同時準確地知道粒子的位置和動量因而也就不可能用“軌跡”來描述粒子的運動但是，我們可以準確地知道大量粒子運動時的統(tǒng)計規(guī)律4關于不確定性關系xp有以下幾種理解，正確的是() 【導學號：18850067】A微觀粒子的動量不可確定B微觀粒子的位置不可確定C微觀粒子的動量和位置不可同時確定D不確定性關系不僅適用于電子和光子等微觀粒子，也適用于宏觀物體E微觀世界粒子的質量較小，不能準確把握粒子的運動狀態(tài)【解析】由xp可知，當粒子的位置不確定性小時，粒子動量的不確定性大；反之，當粒子的位置不確定性大時，粒子動量的不確定性小故不能同時測量粒子的位置和動量，故A、B錯，C、E對不確定性關系是自然界中的普遍規(guī)律，對微觀粒子的影響顯著，對宏觀物體的影響可忽略，故D正確【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)一個球的質量m1.0 kg，測定其位置的不確定量為106 m.(2)電子的質量m9.01031 kg，測定其位置的不確定量為1010 m(即在原子的數量級)【解析】(1)m1.0 kg，x1106 m，由xp，pmv知v1 m/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對不確定性關系的三點提醒(1)在宏觀世界中物體的質量與微觀世界中粒子的質量相比較，相差很多倍(2)根據計算的數據可以看出，宏觀世界中的物體的質量較大，位置和速度的不確定量較小，可同時較精確地測出物體的位置和動量(3)在微觀世界中粒子的質量較小，不能同時精確地測出粒子的位置和動量，不能準確把握粒子的運動狀態(tài) “基本粒子”與恒星的演化先填空1對粒子的認識過程(1)“基本粒子”：電子、質子和中子曾認為它們是組成物質的基本粒子，后來又認識到“基本粒子”的復雜內部結構(2)新粒子：1932年發(fā)現了正電子，1937年發(fā)現了子，1947年發(fā)現k介子和介子及以后發(fā)現的超子等2粒子的分類：已發(fā)現的粒子分為媒介子、輕子和強子三類3影響“粒子”的相互作用力引力、電磁力、強相互作用、弱相互作用4夸克模型(1)夸克：強子是由夸克構成的(2)分類：上夸克、下夸克、粲夸克、奇異夸克、頂夸克、底夸克；它們所帶的電荷是電子或質子所帶電荷的2/3或1/3.5恒星的演化(1)恒星的形成：大爆炸后，在萬有引力作用下形成星云團，進一步凝聚開始發(fā)光形成恒星(2)恒星的歸宿：聚變反應層級遞進地在恒星內發(fā)生，直到各種熱核反應不再發(fā)生，恒星的中心密度達到極大，在強大的引力下形成白矮星、中子星或黑洞(3)恒星的演化過程：原恒星主序星(現在太陽正處于此階段)紅巨星或超新星白矮星、中子星或黑洞再判斷1強子是參與強相互作用的粒子()2目前發(fā)現的輕子有8種()3宇宙將一直會膨脹下去()后思考星云是怎樣形成恒星的？恒星形成時是怎樣發(fā)光的？恒星在哪個階段停留時間最長？【提示】星云在外界影響下聚集，某些區(qū)域在引力作用下開始向內收縮，密度不斷增加，星云團中引力勢能轉化為內能，溫度升高當溫度上升到一定程度時，開始發(fā)光，形成原恒星恒星在主序星階段停留時間最長核心點擊1新粒子的發(fā)現及特點發(fā)現時間1932年1937年1947年20世紀60年代后新粒子反粒子子K介子與介子超子基本特點質量與相對應的粒子相同而電荷及其他一些物理性質相反比質子的質量小質量介于電子與核子之間其質量比質子大2.粒子的分類分類參與的相互作用發(fā)現的粒子備注強子參與強相互作用質子、中子、介子、超子強子有內部結構，由“夸克”構成；強子又可分為介子和重子輕子不參與強相互作用電子、電子中微子、子、子中微子、子、子中微子未發(fā)現內部結構媒介子傳遞各種相互作用光子、中間玻色子、膠子光子、中間玻色子、膠子分別傳遞電磁、弱、強相互作用3.夸克的分類夸克有6種，它們是上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克、底夸克、頂夸克，它們帶的電荷是電子或質子所帶電荷的或.每種夸克都有對應的反夸克4兩點提醒(1)質子是最早發(fā)現的強子，電子是最早發(fā)現的輕子，子的質量比核子的質量大，但力的性質決定了它屬于輕子(2)粒子具有對稱性，有一個粒子，必存在一個反粒子，它們相遇時會發(fā)生“湮滅”，即同時消失而轉化成其他的粒子6關于粒子，下列說法正確的是()A電子、質子和中子是組成物質的不可再分的最基本的粒子B強子中也有不帶電的粒子C夸克模型是探究三大類粒子結構的理論D夸克模型說明電子電荷不再是電荷的最小單位E超子的質量比質子的質量還大【解析】由于質子、中子是由不同夸克組成的，它們不是最基本的粒子，不同夸克構成強子，有的強子帶電，有的強子不帶電，故A錯誤，B正確；夸克模型是研究強子結構的理論，不同夸克帶電不同，分別為e和，說明電子電荷不再是電荷的最小單位，C錯誤，D正確，超子屬于強子，其質量比質子質量還大些，E正確【答案】BDE7在衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出中微子的性質十分特別，因此在實驗中很難探測.1953年，萊尼斯和柯文建造了一個由大水槽和探測器組成的實驗系統(tǒng)，利用中微子與水中H的核反應，間接地證實了中微子的存在(1)中微子與水中的H發(fā)生核反應，產生中子(n)和正電子(e)，即中微子Hne.可以判定，中微子的質量數和電荷數分別是_(填寫選項前的字母)A0和0B0和1C1和0 D1和1(2)上述核反應產生的正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體后，可以轉變?yōu)閮蓚€光子()，即ee2.已知正電子和電子的質量都為9.11031 kg，反應中產生的每個光子的能量約為_J正電子與電子相遇不可能只轉變?yōu)橐粋€光子，原因是_(3)試通過分析比較，具有相同動能的中子和電子的物質波波長的大小【解析】(1)發(fā)生核反應前后，粒子的質量數和電荷數均不變，據此可知中微子的質量數和電荷數都是0，A正確(2)產生的能量是由于質量虧損兩個電子轉變?yōu)閮蓚€光子之后，質量變?yōu)榱?，則Emc2，故一個光子的能量為，代入數據得8.21014 J正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體，故系統(tǒng)總動量為零，故如果只產生一個光子是不可能的，因為此過程遵循動量守恒定律(3)物質波的波長為，要比較波長需要將中子和電子的動量用動能表示出來即p，因為mn>me，所以pn>pe，故n<e.【答案】見解析處理新粒子問題的方法核反應過程中新生成的粒子和實物粒子一樣，也能產生物質波，它們之間發(fā)生相互作用時，同樣遵循動量守恒定律等力學規(guī)律，所以應熟練地掌握物理知識和物理規(guī)律，并靈活應用