20172018学年同步备课套餐物理沪科版选修35讲义第2章波和粒子24

2．4实物是粒子还是波[学习目标]1.知道实物粒子拥有颠簸性，知道什么是物质波.2.认识物质波也是一种概率波.3.初步认识不确立关系．一、德布罗意波[导学研究]德布罗意以为任何运动着的物体均拥有颠簸性，但是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的颠簸性，你如何理解该问题？答案波粒二象性是微观粒子的特别规律，全部微观粒子都存在颠簸性，宏观物体(汽车)也存在颠簸性，不过因为宏观物体质量大，动量大，波长短，难以观察．[知识梳理]对物质波的认识1．粒子的颠簸性(1)任何一个运动着的物体，都有一种波与之相陪伴，这类波称为物质波，也叫德布罗意波．E(2)物质波波长、频率的计算公式为λ＝p，ν＝h.(3)我们之所以看不到宏观物体的颠簸性，是因为宏观物体的动量太大，德布罗意波长太小的缘由．2．物质波的实验考据(1)实验研究思路：干涉、衍射是波独有的现象，假如实物粒子拥有颠簸性，则在必定条件下，也应当发生干涉或衍射现象．(2)实验考据：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，获得了电子的衍射图样，证明了电子的颠簸性．(3)说明①人们陆续证明了质子、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ν＝Eh和λ＝hp关系相同正确．②物质波也是一种概率波．[即学即用]判断以下说法的正误．(1)全部宏观物体都陪伴一种波，即物质波．(×)(2)湖面上的水波就是物质波．(×)(3)电子的衍射现象证明了实物粒子拥有颠簸性．(√)二、不确立关系[知识梳理]1．定义：在经典物理学中，可以同时用质点的地点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点和动量是不太可能的，这类关系叫不确立关系．2．表达式：xpx≥h.4π此中以x表示粒子地点的不确立量，以px表示粒子在x方向上的动量的不确立量，h是普朗克常量．3．微观粒子运动的基本特色：不再遵守牛顿运动定律，不行能同时正确地知道粒子的地点和动量，不行能用“轨迹”来描述粒子的运动，微观粒子的运动状态只好经过概率做统计性的描述．一、对德布罗意波的理解1．德布罗意假说是光的波粒二象性的推行，即光子和实物粒子都既拥有粒子性，又拥有颠簸性，即拥有波粒二象性．与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．2．德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受颠簸规律支配，不要以宏观看法中的波来理解德布罗意波．例1质量为10g、速度为300m/s在空中翱翔的子弹，其德布罗意波长是多少？为何我们没法观察到其颠簸性？答案2.21×10－34m因为子弹的德布罗意波长极短，没法观察到其颠簸性分析由德布罗意波长公式可得h6.63×10－34m＝2.21×10－34m.λ＝p＝10×10－3×300因子弹的德布罗意波长极短，故没法观察到其颠簸性．针对训练(多项选择)以下说法中正确的选项是()．物质波也叫德布罗意波．物质波也是概率波C．光波是一种概率波D．光波也是物质波答案ABC分析物质波，又称德布罗意波，是概率波，指空间中某点某时刻可能出现的几率，此中概率的大小受颠簸规律的支配，故A、B正确．光波拥有波粒二象性，颠簸性表示光波是一种概率波，故C正确．因为光子的特别性，其静止质量为零，所以光不是物质波，故D错误．德布罗意波长的计算(1)第一计算物体的速度，再计算其动量．假如知道物体动能也可以直接用p＝2mEk计算其动量．h(2)再依据λ＝p计算德布罗意波长．(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，可以依据结果的数量级大体判断结果能否合理．二、对不确立关系的理解1．单缝衍射现象中，粒子在挡板左边的地点是完整不确立的，即经过挡板前粒子的地点拥有不确立性．2．单缝衍射现象中，粒子经过狭缝后，在垂直本来运动方向的动量是不确立的，即经过挡板后粒子的动量拥有不确立性．3．微观粒子运动的地点不确立量

x和动量的不确立量

px的关系式

xp≥h，此中x4π

h是普朗克常量，这个关系式叫不确立关系．4．不确立关系告诉我们，假如要改正确地确立粒子的地点

(即

x更小)，那么动量的丈量一定会更不正确(即px更大)，也就是说，不行能同时正确地知道粒子的地点和动量，也不行能用“轨迹”来描述粒子的运动．例2(多项选择)依据不确立关系xpx≥h，判断以下说法正确的选项是()4πA．采纳方法提升丈量x精度时，px的精度降落B．采纳方法提升丈量x精度时，px的精度上涨C．x与px丈量精度与丈量仪器及丈量方法能否齐备有关D．x与px丈量精度与丈量仪器及丈量方法能否齐备没关答案AD分析不确立关系表示，不论采纳什么方法试图确立地点坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确立性，这样的结果与丈量仪器及丈量方法能否齐备没关，不论如何改进丈量仪器和丈量方法，都不行能超越不确立关系所给出的限度．故

A、D

正确．例

3

质量为

10g的子弹与电子的速率相同，均为

500m/s，丈量正确度为

0.01%，若地点和速率在同一实验中同时丈量，试问它们地点的最小不确立量各为多少？

(电子质量为

m＝319.1×10kg，结果保留三位有效数字)答案1.06×10－31m1.16×10－3m分析丈量正确度也就是速度的不确立性，故子弹、电子的速度不确立量为v＝0.05m/s，子弹的动量的不确立量px1＝5×10－4kg·m/s，电子动量的不确立量px2＝4.55×10－32kg·m/s，由x≥h，4πΔpx子弹地点的最小不确立量x1＝6.63×10－34m≈1.06×10－31m，电子地点的最小不确44×3.14×5×10－6.63×10－34m≈1.16×10－3m.定量x2＝324×3.14×4.55×10－理解不确立关系时应注意的问题(1)对子弹这样的宏观物体，不确立量是不足挂齿的，对丈量正确性没有任何限制，但对微观粒子倒是不行忽视的．(2)在微观世界中，粒子质量较小，不可以同时精确地测出粒子的地点和动量，也就不可以正确地掌握粒子的运动状态．1．以下关于德布罗意波的认识，正确的解说是()．任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波．X光的衍射证明了物质波的假设是正确的C．电子的衍射证明了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，所以宏观物体不拥有颠簸性答案

C分析

运动着的物体才拥有颠簸性，

A项错误．宏观物体因为动量太大，

德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍有颠簸性，

D项错；

X

光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不可以证明物质波的存在，

B项错．只有

C项正确．2．(多项选择)关于不确立性关系

xpx≥

h有以下几种理解，正确的选项是4π

(

)．微观粒子的动量不行确立．微观粒子的地点坐标不行确立C．微观粒子的动量和地点不行能同时确立D．不确立关系不但合用于电子和光子等微观粒子，也合用于其余宏观粒子答案CD分析不确立关系表示地点、动量的精度互相限制，此长彼消，当粒子的地点不确立性更小时，粒子动量的不确立性更大；反之亦然，故不可以同时正确确立粒子的地点和动量，不确立关系是自然界中的广泛规律，对微观世界的影响明显，对宏观世界的影响可忽视，故C、D正确．3．电子经电势差为U＝200V的电场加快，电子质量m0＝9.1×10－31kg，求此电子的德布罗意波长．答案8.69×10－2nm分析已知12m0v＝Ek＝eU2hp＝λEk＝p22m0所以λ＝h＝h2em0U2m0Ek把U＝200V，m0＝9.1×10－31kg，代入上式解得λ≈8.69×10－2nm.h－354．已知＝5.3×10Js·，试求以下状况中速度测定的不确立量，并依据计算结果，谈论在宏观和微观世界中进行丈量的不一样状况．(1)一个球的质量m＝1.0kg，测定其地点的不确立量为10－6m.(2)电子的质量me＝9.1×10－31kg，测定其地点的不确立量为10－10m.答案见分析分析(1)由x·Δp≥h得：球的速度测定的不确立量x4πh5.3×10－3529v≥4πmx＝1.0×10－6m/s＝5.3×10－m/s这个速度不确立量在宏观世界中不足挂齿，可以为球的速度是确立的，其运动依照经典物理学理论．(2)电子的速度测定的不确立量h5.3×10－35v≥4πmex＝9.1×10－31×10－10m/s5.8×105m/s这个速度不确立量不行忽视，不可以以为电子拥有确立的速度，其运动不可以用经典物理学理论办理．一、选择题(1～5题为单项选择题，6～8题为多项选择题)1．关于物质波，以下说法正确的选项是()．速度相等的电子和质子，电子的波长长．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倍答案A分析由λ＝hAp可知，动量大的波长短，电子与质子的速度相等时，电子动量小，波长长，正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系p＝2mEk可知，电子的动量小，波长长，B错误；动量相等的电子和中子，其波长应相等，C错误；假如甲、乙两电子的速度远1小于光速，甲的速度是乙的3倍，甲的动量也是乙的3倍，则甲的波长应是乙的3，D错误．2．关于光子和运动着的电子，以下论述正确的选项是()．光子和电子相同都是实物粒子．光子能发生衍射现象，电子不可以发生衍射现象C．光子和电子都拥有波粒二象性D．光子拥有波粒二象性，而电子只拥有粒子性答案C分析物质可分为两大类：一是质子、电子等实物；二是电场、磁场等，统称场．光是流传着的电磁场．依据物质波理论，全部运动的物体都拥有颠簸性，故光子和电子都拥有波粒二象性．综上所述，

C选项正确．3．从衍射的规律可以知道，

狭缝越窄，屏上中央亮条纹就越宽，由不确立性关系

xp≥h，x4π判断以下说法正确的选项是()．入射的粒子有确立的动量，射到屏上粒子就有正确的地点．狭缝的宽度变小了，所以粒子的不确立性也变小了C．更窄的狭缝可以改正确地测得粒子的地点，但粒子动量的不确立性却更大了D．可以同时确立粒子的地点和动量答案

C分析

由xpx≥

h知，狭缝变小了，即4π

x减小了，

px变大，即动量的不确立性变大，故正确，A、B、D错误．4．1927年戴维孙和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重要近代物理实验之一．如图1所示的是该实验装置的简化图．以下说法不正确的选项是()图1．亮条纹是电子到达概率大的地方．该实验说明物质波理论是正确的C．该实验说了然光子拥有颠簸性D．该实验说明实物粒子拥有颠簸性答案C分析该实验说明物质波理论是正确的，实物粒子也拥有颠簸性，亮条纹是电子到达概率大的地方，不可以说明光子拥有颠簸性，应选C.－10m)作为阻碍物观察电子的衍射图样，方法是使电子经过电场5．利用金属晶格(大小约10加快后，让电子束照耀到金属晶格上，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，加快电压为U，普朗克常量为h，则以下说法中不正确的选项是()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．加快电压U越大，电子的衍射现象越不显然D．若用相同动能的质子代替电子，衍射现象将更加显然答案D分析实验获得了电子的衍射图样，说明电子这类实物粒子发生了衍射，说明电子拥有颠簸122eU性，故A正确；由动能定理可得，eU＝2mv－0，电子加快后的速度v＝m，电子德布罗意波的波长λ＝h＝h＝h＝h，故B正确；由电子的德布罗意波的波长公式λpmvm2eU2meUm＝h可知，加快电压U越大，电子德布罗意波的波长越短，衍射现象越不显然，故C2meU正确；物体动能与动量的关系是p＝2mEk，因为质子的质量远大于电子的质量，所以动能相同的质子的动量远大于电子的动量，由λ＝hp可知，相同动能的质子的德布罗意波的波长远小于电子德布罗意波的波长，波长越小，衍射现象越不显然，所以相同动能的质子取代电子，衍射现象将更加不显然，故D错误．6．以下说法正确的选项是()．微观粒子不可以用“轨道”看法来描述粒子的运动．微观粒子能用“轨道”看法来描述粒子的运动C．微观粒子地点不可以精正确立D．微观粒子地点能精正确立答案

AC分析

微观粒子的动量和地点是不可以同时确立的，这也就决定不可以用

“轨道”的看法来描述粒子的运动

(轨道上运动的粒子在某时刻拥有确立的地点和动量

)，故

A

正确．由微观粒子的波粒二象性可知微观粒子地点不可以精正确立，故

C正确．7．电子的运动受颠簸性的支配，关于氢原子的核外电子，以下说法正确的选项是()．氢原子的核外电子可以用确立的坐标描述它们在原子中的地点．电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确立它的轨道C．电子绕核运动的“轨道”实际上是没有意义的D．电子轨道只但是是电子出现的概率比较大的地点答案CD分析微观粒子的颠簸性是一种概率波，关于微观粒子的运动，牛顿运动定律已经不合用了，所以氢原子的核外电子不可以用确立的坐标描述它们在原子中的地点，电子的

“轨道”实际上是没有意义的，电子轨道只但是是电子出现的概率比较大的地点，综上所述，

C、D

正确．8．下表列出了几种不一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，依据表中数据可知

(

)质量/kg－1波长/m速度/(m·s)弹子球2.0×10－21.0×10－23.3×10－30电子－316.0×1061.2×10－10(100eV)9.1×10无线电波3.0×1083.0×102(1MHz)要检测弹子球的颠簸性几乎不行能．无线电波平时只好表现出颠簸性C．电子照耀到金属