高中物理 第4章 波粒二象性 4 實物粒子的波粒二象性 5 不確定關(guān)系教師用書 教科版選修3-5
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4.實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 脈 絡(luò)1.理解德布羅意波,會計算物質(zhì)的波長會解釋相關(guān)現(xiàn)象,知道電子云(重點、難點)2知道不確定關(guān)系的具體含義(重點、難點)德 布 羅 意 假 說 及 實 驗 驗 證 電 子 云1德布羅意假說實物粒子象光子一樣,也具有波粒二象性,與粒子相對應(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電子波動性的實驗證實(1)1926年,戴維孫和革末通過實驗首次發(fā)現(xiàn)了電子的衍射現(xiàn)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(chǎn)生衍射現(xiàn)象,也證實了電子的波動性(3)人們相繼用實驗證實原子、分子、中子等微觀粒子的波動性,德布羅意關(guān)系式已成為微觀粒子的波動性和粒子性之間關(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,與實物粒子對應(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動的過程中,概率密度大(小)的地方,電子運動在那里的機會就多(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)波的波長和粒子運動的動量有關(guān)()4我們可以根據(jù)電子的運動軌跡判斷電子的出現(xiàn)位置()5微觀世界中不可以同時測量粒子的動量和位置()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不到?【提示】平時所見的宏觀物體的質(zhì)量比微觀粒子的質(zhì)量大得多,運動的動量很大,由可知,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性1任何物體,小到電子、質(zhì)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(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(zhì)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(yīng)的波是電磁波,與實物粒子對應(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量的表達式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量的不同表達式如光子的能量:h,動量p;微觀粒子的動能:Ekmv2,動量pmv.1下列說法中正確的是 ()A物質(zhì)波屬于機械波B物質(zhì)波與機械波有本質(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性D德布羅意認為,任何一個運動著的物體,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宏觀物體運動時,雖看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象,但宏觀物體運動時仍具有波動性【解析】物質(zhì)波是一切運動著的物體所具有的波,與機械波性質(zhì)不同,A錯誤,B正確;宏觀物體也具有波動性,只是干涉、衍射現(xiàn)象不明顯,看不出來,C錯誤,E正確;德布羅意認為,任何一個運動著的物體,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如果一個電子的德布羅意波長和一個中子的相等,則它們的_也相等. 【導(dǎo)學(xué)號:11010065】【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如果一個中子和一個質(zhì)量為10 g的子彈都以103 m/s的速度運動,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】中子的動量為p1m1v,子彈的動量為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宏觀物體波動性的三點提醒(1)一切運動著的物體都具有波動性,宏觀物體觀察不到其波動性,但并不否定其波動性(2)要注意大量光子、個別光子、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)點在任意時刻都有確定的位置和動量,沿著一定的軌道運動,在量子力學(xué)中,同時確定粒子的動量和位置時,兩者的精確度有一個原則上的限制,其數(shù)學(xué)表達式稱為不確定關(guān)系2表達式xp.其中x表示粒子位置的不確定量,用p表示在x方向上動量的不確定量,h是普朗克常量表達式的意義是: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)典的粒子可以同時確定位置和動量()2微觀粒子可以同時確定位置和動量()3對于微觀粒子,不可能同時準(zhǔn)確地知道其位置和動量()對微觀粒子的運動分析能不能用“軌跡”來描述?【提示】不能微觀粒子的運動遵循不確定關(guān)系,也就是說,要準(zhǔn)確確定粒子的位置,動量(或速度)的不確定量就更大;反之,要準(zhǔn)確確定粒子的動量(或速度),位置的不確定量就更大,也就是說不可能同時準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動量因而不可能用“軌跡”來描述微觀粒子的運動1位置和動量的不確定性關(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,動量的不確定性就更大;反之,要準(zhǔn)確地確定粒子的動量,那么位置的不確定性就更大2微觀粒子的運動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,可以同時用位置和動量精確地描述質(zhì)點的運動,如果知道質(zhì)點的加速度,還可以預(yù)言質(zhì)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(xué)中,不可能同時準(zhǔn)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(zhǔn)確地知道大量粒子運動時的統(tǒng)計規(guī)律4對不確定性關(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微觀粒子的動量和坐標(biāo)不可能同時確定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”來描述粒子的運動【解析】不確定性關(guān)系xp表示確定位置、動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,粒子動量的不確定性變大;當(dāng)粒子位置的不確定性變大時,粒子動量的不確定性變小,故不能同時準(zhǔn)確確定粒子的動量和坐標(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)【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對不確定性關(guān)系的兩點提醒(1)不確定性關(guān)系xp是自然界的普遍規(guī)律,對微觀世界的影響顯著,對宏觀世界的影響可忽略不計也就是說,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,可同時較精確測出物體的位置和動量(2)在微觀世界中,粒子質(zhì)量較小,不能同時精確地測出粒子的位置和動量,也就不能準(zhǔn)確地把握粒子的運動狀態(tài)了- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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