粤教版选修35 第二章 第五节 德布罗意波 课件（33张）.ppt

第五节德布罗意波 第二章波粒二象性 学习目标 1 了解物质波的概念 知道实物粒子具有波粒二象性 2 了解电子衍射实验及对德布罗意波假说的证明 3 了解什么是电子云 知道物质波也是一种概率波 4 了解不确定性关系及对一些现象的解释 内容索引 知识探究新知探究点点落空 题型探究重点难点各个击破 达标检测当堂检测巩固反馈 知识探究 导学探究 德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性 可是我们观察运动着的汽车 并未感觉到它的波动性 你如何理解该问题 答案波粒二象性是微观粒子的特殊规律 一切微观粒子都存在波动性 宏观物体 如汽车 也存在波动性 只是因为宏观物体质量大 动量大 波长短 难以观测 一 德布罗意波假说和电子衍射 答案 知识梳理 1 粒子的波动性 1 任何一个运动着的都和一个波相对应 这种波称为德布罗意波 也称为 2 德布罗意波波长与动量之间的关系为 3 我们之所以看不到宏观物体的波动性 是因为宏观物体的动量太 德布罗意波波长太的缘故 实物粒子 物质波 大 小 2 物质波的实验验证 电子衍射 1 实验探究思路 衍射是波特有的现象 如果实物粒子具有波动性 则在一定条件下 也能够发生或衍射现象 2 电子束在晶体的会发生衍射 电子束在单晶mno3上和在多晶au上都能产生图样 且图样都跟光通过小孔的图样相同 说明电子与光有相似之处 都具有 即电子具有波动性 干涉 干涉 晶格上 衍射 衍射 衍射 波粒 二象性 3 实验验证 1927年戴维孙和汤姆生分别利用晶体做了电子束衍射的实验 得到了电子的衍射图样 证实了电子的 4 说明 实物粒子也具有和光一样的 总的来讲 波粒二象性是包括光子在内的一切的共同特征 和光子一样 对微观粒子运动状态的最准确的描述是 波动性 波粒二象性 微观粒子 概率波 即学即用 判断下列说法的正误 1 一切实物粒子都伴随一种波 即物质波 2 湖面上的水波就是物质波 3 电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性 答案 当原子处于稳定状态时 电子会形成一个稳定的分布 的地方小圆点密一些 的地方小圆点疏一些 这样的概率分布图称为电子云 这也说明 德布罗意波是一种概率波 二 电子云 概率 概率大 概率小 其中以 x表示微观粒子的不确定性 以 p表示微观粒子在x方向上的的不确定性 h是 1 定义 在经典物理学中 可以同时用质点的位置和动量精确描述它的运动 在微观物理学中 对光子位置的测量越精确 其动量的不确定性就越大 反之亦然 要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的 这种关系叫关系 三 不确定性关系 不确定性 x p 位置 动量 普朗克常量 3 微观粒子运动的基本特征 不可能同时准确地知道粒子的和 不可能用 轨迹 来描述粒子的运动 微观粒子的运动状态只能通过 做统计性的描述 位置 动量 概率 即学即用 判断下列说法的正误 1 在电子衍射中 电子通过狭缝后运动的轨迹是确定的 2 宏观物体的动量和位置可准确测定 3 微观粒子的动量和位置不可同时准确测定 答案 题型探究 一 对德布罗意波的理解 德布罗意波也是概率波 对于电子和其他微观粒子 单个粒子的位置是不确定的 但在某点出现的概率的大小可以由波动的规律确定 而且对于大量粒子 这种概率分布导致确定的宏观结果 所以德布罗意波也是概率波 例1 多选 关于物质波 下列认识错误的是a 任何运动的物体 质点 都伴随一种波 这种波叫做物质波b x射线的衍射实验 证实了物质波假设是正确的c 电子的衍射实验 证实了物质波假设是正确的d 宏观物体尽管可以看作物质波 但它们不具有干涉 衍射等现象 解析 答案 解析据德布罗意物质波理论 任何一个运动的物体 小到电子 质子 大到行星 太阳 都有一种波与之相对应 这种波就叫做物质波 故a选项正确 由于x射线本身就是一种波 而不是实物粒子 故x射线的衍射现象 并不能证实物质波理论的正确性 故b选项错误 电子是一种实物粒子 电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性 故c选项正确 由电子穿过铝箔的衍射实验知 少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的 无规律的 但大量电子穿过铝箔后所落的位置呈现出衍射图样 即大量电子的行为表现出电子的波动性 干涉 衍射是波的特有现象 只要是波 都会发生干涉 衍射现象 故选项d错误 例2如果一个中子和一个质量为10g的子弹都以103m s的速度运动 则它们的德布罗意波的波长分别是多大 中子的质量为1 67 10 27kg 答案3 97 10 10m6 63 10 35m 解析 答案 解析中子的动量为p1 m1v子弹的动量为p2 m2v 将m1 1 67 10 27kg v 103m sh 6 63 10 34j s m2 10 2kg代入上面两式可解得 1 3 97 10 10m 2 6 63 10 35m 德布罗意波长的计算 3 需要注意的是 德布罗意波长一般都很短 比一般的光波波长还要短 可以根据结果的数量级大致判断结果是否合理 二 对不确定性关系的理解 理解不确定性关系时应注意的问题 1 对子弹这样的宏观物体 不确定量是微不足道的 对测量准确性没有任何限制 但对微观粒子却是不可忽略的 2 在微观世界中 粒子质量较小 不能同时精确地测出粒子的位置和动量 也就不能准确地把握粒子的运动状态 例3 多选 根据不确定性关系 x p 判断下列说法正确的是a 采取办法提高测量 x精度时 p的精度下降b 采取办法提高测量 x精度时 p的精度上升c x与 p测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关d x与 p测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关 答案 解析 解析不确定性关系表明 无论采用什么方法试图确定位置坐标和相应动量中的一个 必然引起另一个较大的不确定性 这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关 无论怎样改善测量仪器和测量方法 都不可能逾越不确定性关系所给出的限度 故a d正确 1 一个球的质量m 1 0kg 测定其位置的不确定量为10 6m 答案 解析 答案见解析 解析m 1 0kg x1 10 6m 这个速度不确定量在宏观世界中微不足道 可认为球的速度是确定的 其运动遵从经典物理学理论 2 电子的质量me 9 0 10 31kg 测定其位置的不确定量为10 10m 解析 答案 答案见解析 解析me 9 0 10 31kg x2 10 10m 这个速度不确定量不可忽略 不能认为原子中的电子具有确定的速度 其运动不能用经典物理学理论处理 达标检测 1 2 3 4 1 对物质波的认识 下列说法中正确的是a 物质波属于机械波b 只有像电子 质子 中子这样的微观粒子才具有波动性c 德布罗意认为任何一个运动的物体 小到电子 质子 中子 大到行星 太阳都有一种波与之相对应 这种波叫物质波d 宏观物体运动时 看不到它的衍射和干涉现象 所以宏观物体运动时不具有波动性 答案 解析 解析任何一个运动的物体都具有波动性 但因为宏观物体的德布罗意波长很短 所以很难看到它的衍射和干涉现象 所以c项对 b d项错 物质波不同于宏观意义上的机械波 故a项错 答案 解析 1 2 3 4 2 物质波波长公式的应用 关于物质波 下列说法正确的是a 速度相等的电子和质子 电子的波长长b 动能相等的电子和质子 电子的波长短c 动量相等的电子和中子 中子的波长短d 甲电子的速度是乙电子的3倍 甲电子的波长也是乙电子的3倍 解析 动量相等的电子和中子 其波长应相等 c错误 1 2 3 4 1 2 3 4 3 不确定关系的理解 多选 关于不确定性关系 x p 有以下几种理解 正确的是a 微观粒子的动量不可确定b 微观粒子的位置坐标不可确定c 微观粒子的动量和位置不可能同时确定d 不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子 也适用于其他宏观粒子 答案 解析 1 2 3 4 解析不确定性关系表示位置 动量的精度相互制约 此长彼消 当粒子的位置不确定性更小时 粒子动量的不确定性更大 反之亦然 故不能同时准确确定粒子的位置和动量 不确定性关系是自然界中的普遍规律 对微观世界的影响显著 对宏观世界的影响可忽略 故c d正确 1 2 3 4 4 不确定性关系式的计算 质量为10g的子弹与电子的速率相同 均为500m s 测量准确度为0 01 若位置和速率在同一实验中同时测量 试问它们位置的最小不确定