高中物理第十七章波粒二象性3粒子的波动性4概率波5不确定性关系同步备课学案人教版5

3粒子的颠簸性4概率波5不确定性关系[目标定位]1.知道光的波粒二象性，并会解析有关现象.2.理解德布罗意波和概率波的统计规律.3.认识经典的粒子和经典的波的基本特点.4.初步认识不确定性关系的内容．一、粒子的颠簸性1．光的波粒二象性(1)光的本性①大量光子产生的收效显示出颠簸性，比方干涉、衍射、偏振现象表示光在流传过程中拥有颠簸性．②个别光子产生的收效经常显示出粒子性．比方光电效应、康普顿效应都表现了光的粒子性．③光既拥有颠簸性又拥有粒子性，光拥有波粒二象性．(2)光子的能量和动量h光子的能量ε＝hν和动量p＝λ.两式左侧的物理量ε和p描述光的粒子性，右侧的物理量ν和λ描述光的颠簸性，普朗克常量h架起了粒子性与颠簸性之间的桥梁．2．粒子的颠簸性每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫做物质波．物质波的波长、频率关系式hε波长：λ＝p，频率：ν＝h.3．物质波的实验考据(1)1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，获得了电子的衍射图样，证了然电子的颠簸性．人们陆续证了然质子、中子以及原子、分子的颠簸性，关于这些粒子，德布罗意给出的εhν＝h和λ＝p关系同样正确．【深度思虑】有一位记者曾向英国物理学家、诺贝尔奖获得者布拉格请教：光是波还是粒子？布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子．”能看出光的本性终究是什么吗？答案光拥有波粒二象性是指光既拥有颠簸性，又拥有粒子性，有时颠簸性明显，有时粒子性更明显，但是，颠簸性和粒子性是不能切割的，是从不同样角度所观察到的不同样性质．1/10【例1】(多项选择)关于光的波粒二象性，以下说法中正确的选项是( )A．波粒二象性指光有时表现为颠簸性，有时表现为粒子性B．光波频率越高，粒子性越明显C．能量较大的光子其颠簸性较明显D．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出颠簸性解析光的波粒二象性是指光波同时拥有波和粒子的双重性质，有时表现为颠簸性，有时表现为粒子性．大量的光子颠簸性比较明显，个别光子粒子性比较明显．不同样频率的光，频率越高，粒子性越明显，频率越低，颠簸性越明显．答案ABD关于不同样频率的光，频率越高，光的粒子性越强；频率越低，光的颠簸性越强．【例2】以下关于德布罗意波的认识，正确的讲解是( )A．光波是一种物质波B．X光的衍射证了然物质波的假设是正确的C．电子的衍射证了然物质波的假设是正确的D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，因此宏观物体不拥有颠簸性解析宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，因此看不到它的干涉、衍射现象，但仍拥有颠簸性，D项错；X光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能够证明物质波的存在，B项错，只有C项正确．答案C【例3】电子经电势差为U＝200V的电场加速，电子质量m0＝9.1×10－31kg，求此电子的德布罗意波长．102k解析已知2mv＝E＝eUhp＝λp2Ek＝20mhh因此λ＝＝20k20mEemU把U＝200V，m0＝9.1×10－31kg，－2代入上式解得λ≈8.69×10nm.－2答案8.69×10nm2/10德布罗意波长的计算第一计算物体的速度，再计算其动量．若是知道物体动能也能够直接用p＝2mEk计算其动量．h再依照λ＝p计算德布罗意波长．二、概率波1．经典的粒子和经典的波经典的粒子①粒子有必然的空间大小，有必然的质量，有的还拥有电荷量，依照牛顿运动定律．②运动的基本特点：任意时刻有确定的地址和速度，以及时空中有确定的轨道．经典的波基本特点是：拥有确定的频率和波长，即拥有时空的周期性．2．概率波光波是一种概率波光的颠簸性不是光子之间相互作用引起的，而是光子自己固有的性质，光子在空间出现的概率能够经过颠簸的规律确定，因此，光波是一种概率波．物质波也是一种概率波关于电子和其他微观粒子，单个粒子的地址是不确定的，但在某点出现的概率的大小能够由颠簸的规律确定．关于大量粒子，这种概率分布以致确定的宏观结果，因此物质波也是概率波．【例4】物理学家做了一个幽默的双缝干涉实验：在光屏处放上照相用的底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地经过狭缝．实验结果表示，若是曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点子；若是曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果有以下认识，其中正确的选项是( )A．曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的颠簸性B．单个光子经过双缝后的落点能够展望C．只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性3/10D．干涉条纹中光明的部分是光子到达机遇很多的地方解析曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的粒子性，选项A错误；单个光子经过双缝后的落点不能够够展望，在某一地址出现的概率受颠簸规律支配，选项B错误；大量光子的行为才能表现出光的颠簸性，干涉条纹中光明的部分是光子到达机遇很多的地方，选项C错误，D正确．答案D解答本种类题时应掌握以下两点：光拥有波粒二象性，光波是一种概率波．单个光子的落点地址是不确定的，大量光子的落点地址遵从概率分布规律．三、不确定性关系1．定义在经典物理学中，能够同时用质点的地址和动量精确描述它的运动，在微观物理学中，要同时测出微观粒子的地址和动量是不太可能的，这种关系叫不确定性关系．2．表达式hxp≥4π.其中以x表示粒子地址的不确定量，以p表示粒子在x方向上的动量的不确定量，h是普朗克常量．h【例5】(多项选择)关于不确定性关系xp≥4π有以下几种理解，其中正确的选项是( )A．微观粒子的动量不能确定B．微观粒子的地址坐标不能确定C．微观粒子的动量和地址不能能同时确定D．不确定性关系不但适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观粒子解析不确定性关系表示确定地址、动量的精度相互限制，此长彼消，当粒子的地址不确定性小时，粒子动量的不确定性大；反之亦然．故不能够同时正确确定粒子的地址和动量．不确定性关系是自然界中的宽泛规律，对微观世界的影响明显，对宏观世界的影响可忽略，故C、D正确．答案CD4/10理解不确定性关系时应注意的问题对子弹这样的宏观物体，不确定量是不足挂齿的，对测量正确性没有任何限制，但对微观粒子倒是不能忽略的．在微观世界中，粒子质量较小，不能够同时精确地测出粒子的地址和动量，也就不能够正确地掌握粒子的运动状态.1．(对光的波粒二象性的理解)以下有关光的波粒二象性的说法中，正确的选项是( )A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其颠簸性越明显；波长越短，其粒子性越明显D．大量光子的行为经常表现出粒子性答案C解析所有光都拥有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出颠簸性．有些行为(如光电效应)表现出粒子性，A错误；诚然光子与电子都是微观粒子，都拥有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，因此B错误；光的波粒二象性的理论和实验表示，大量光子的行为表现出颠簸性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即颠簸性越明显；光的波长越短，其粒子性越明显，应选项C正确，D错误．2．(对物质波的理解)关于物质波，以下说法正确的选项是( )A．实物粒子拥有粒子性，在任何条件下都不能能表现出颠簸性B．宏观物体不存在对应波的波长C．电子在任何条件下都能表现出颠簸性D．微观粒子在必然条件下能表现出颠簸性答案D解析所有运动的粒子，包括宏观及微观粒子，都拥有颠簸性．3．(对物质波的理解)一颗质量为10g的子弹，以200m/s的速度运动着，则由德布罗意理论计算，要使这颗子弹发生明显的衍射现象，那么阻挡物的尺寸为( )A．3.0×10－10mB．1.8×10－11m－34C．3.0×10mD．无法确定答案C5/10hh－34解析6.63×10m≈3.32×10－34m，故能发生明显衍射的阻挡物尺寸应为λ＝＝＝10×10－3×200pmv选项C.4．(对看法波的理解)(多项选择)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光侵占从单缝射入的整个光强的95%以上．假设现在只让一个光子能经过单缝，那么该光子( )A．必然落在中央亮纹处B．必然落在亮纹处C．可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大答案CD解析依照光的概率波的看法，关于一个光子经过单缝落在哪处，是不能确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达95%以上．自然也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，只但是落在暗处的概率很小而已，故只有C、D正确．h5．(对不确定性关系的理解)(多项选择)依照不确定性关系xp≥4π，判断以下说法正确的是()A．采用方法提高测量x精度时，p的精度下降B．采用方法提高测量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可否齐全有关D．x与p测量精度与测量仪器及测量方法可否齐全没关答案AD解析不确定性关系表示，无论采用什么方法试图确定地址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可否齐全没关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不能能超越不确定性关系所给出的限度．故A、D正确.题组一对光的波粒二象性的理解1．(多项选择)说明光拥有粒子性的现象是( )A．光电效应B．光的干涉C．光的衍射D．康普顿效应答案AD2．(多项选择)关于光的波粒二象性，以下说法正确的选项是( )A．光的双缝干涉实验显示了光拥有颠簸性6/10B．光电效应现象说明光拥有粒子性C．频率高的光只拥有粒子性，不拥有颠簸性D．无线电波只拥有颠簸性，不拥有粒子性答案AB解析光电效应、康普顿效应能说明光拥有粒子性；光的干涉、衍射现象能说明光拥有颠簸性；频率高的光粒子性明显，但也拥有颠簸性；无线电波是电磁波，既拥有颠簸性也拥有粒子性．3．(多项选择)在考据光的波粒二象性的实验中，以下说法正确的选项是( )A．使光子一个一个地经过单缝，若是时间足够长，底片上会出现衍射图样B．单个光子经过单缝后，底片上会出现完满的衍射图样C．光子经过单缝的运动路线像水波同样起伏D．单个光子经过单缝后打在底片上的情况表现出随机性，大量光子经过单缝后打在底片上的情况表现出规律性答案AD4.如图1所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验( )图1A．只能证明光拥有颠簸性B．只能证明光拥有粒子性C．只能证明光能够发生衍射D．证明光拥有波粒二象性答案D解析弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，这是光的衍射，证了然光拥有颠簸性，验电器铝箔有张角，说明锌板发生了光电效应现象，则证明光拥有粒子性，因此该实考据了然光拥有波粒二象性，D正确．题组二对物质波的理解5．以下说法中正确的选项是( )A．质量大的物体，其德布罗意波长短B．速度大的物体，其德布罗意波长短C．动量大的物体，其德布罗意波长短D．动能大的物体，其德布罗意波长短7/10答案Ch解析由物质波的波长λ＝p，得其只与物体的动量有关，动量越大其波长越短．6．(多项选择)以下物理实验中，能说明粒子拥有颠簸性的是( )A．经过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系，证了然爱因斯坦光电效应方程的正确性B．经过测试多种物质对X射线的散射，发现散射射线中有波长变大的成分C．经过电子双缝实验，发现电子的干涉现象D．利用晶体做电子束衍射实验，证了然电子的颠簸性答案CD解析干涉和衍射是波特有的现象，由于X射线自己就是一种波，而不是实物粒子，故X射线散射中有波长变大的成分，其实不能够证明物质波理论的正确性，即A、B不能够说明粒子的颠簸性．7．(多项选择)下表列出了几种不同样物体在某种速度下的德布罗意波长和频率为1MHz的无线电波的波长，依照表中数据可知()质量/kg速度/m·s－1波长/m弹子球2.0×10－21.0×10－23.3×10－30电子(100eV)9.1×10－315.0×1061.2×10－10无线电波(1MHz)3.0×1083.0×102A．要检测弹子球的颠簸性几乎不能能B．无线电波平时只能表现出颠簸性C．电子照射到金属晶体上能观察到它的颠簸性D．只有可见光才有波粒二象性答案ABC解析弹子球的波长相对太小，因此检测其颠簸性几乎不能能，A正确；无线电波波长较长，因此平时表现为颠簸性，B正确；电子波长与金属晶体尺度差不多，因此能利用金属晶体观察电子的颠簸性，C正确；由物质波理论知D错误．8．(多项选择)利用金属晶格(大小约10－10m)作为阻挡物观察电子的衍射图样，方法是使电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而获得电子的衍射图样．已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则以下说法中正确的选项是( )A．该实验说了然电子拥有颠簸性hB．实验中电子束的德布罗意波长为λ＝2meUC．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显D．若用同样动能的质子取代电子，衍射现象将更加明显8/10答案AB解析获得了电子的衍射图样，说明电子拥有颠簸性，A正确；h由德布罗意波长公式得λ＝p而动量p＝2k＝2mEmeU两式联立得λ＝h，B正确；2meU由λ＝h可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象越不明显，C错误；用同样2meU动能的质子取代电子，质子的波长小，其衍射现象不如电子的衍射现象明显，故D错误．题组三对概率波的理解9．(多项选择)以下各种波是概率波的是( )A．声波B．无线电波C．光波D．物质波答案CD解析声波是机械波，A错；电磁波是一种能量波，B错；由概率波的看法和光波以及物质波的特点解析能够得知光波和物质波均为概率波，故C、D正确．10．(多项选择)以下说法中正确的选项是( )A．光波和物质波都是概率波B．实物粒子不拥有颠簸性C．光的颠簸性是光子之间相互作用引起的D．光经过狭缝后在屏上形成明暗相间的条纹，光子