物理粤教版选修3-5学案第2章第五节德布罗意波

第五节德布罗意波学习目标重点难点1．知道实物粒子具有波动性．2．知道光波和物质波都是概率波．3．理解德布罗意波，会解释相关现象．4．知道电子云，了解“不确定性关系”的具体含义．重点：对德布罗意波的理解．难点：准确理解对应的公式，并熟练应用．1．德布罗意波假说任何一个实物粒子都和一种波相对应，这种波被称为__________，也称物质波．预习交流1射击运动员射击时会因为子弹的波动性而“失准”吗？为什么？根据现实情况下子弹质量、速度大小所对应的德布罗意波波长来做定性说明．2．电子衍射________的发现证明了德布罗意波假说，实验表明，其他______微观粒子也都具有波动性．3．电子云当原子处于稳定状态时，电子会形成一个稳定的概率分布，这种概率分布称为________．4．不确定关系的表达式实验发现，对光子位置的测量越精确，其______的不确定性就越大，反之亦然．微观粒子的不确定性关系的表达式为____________．预习交流2“在微观物理学中，由于我们不可能同时准确地知道某个粒子的位置和动量，粒子出现的位置是无规律可循的．”你认为呢？在预习中还有哪些问题需要你在听课时加以关注？请在下列表格中做个备忘吧！我的学困点我的学疑点答案：1．德布罗意波预习交流1：答案：不会．因为宏观的子弹质量和速度较大，动量较大，德布罗意波波长非常小．2．电子衍射一切3．电子云4．动量ΔxΔp≥eq\f(h,4π)预习交流2：答案：虽然我们不可能同时准确地知道某个粒子的位置和动量，但粒子的运动却有规律可循，那就是统计规律，比如，衍射的亮斑位置就是粒子出现概率大的位置．一、理解德布罗意波1．德布罗意认为任何运动着的物体均有波动性，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，谈谈自己的认识．2．德布罗意波波长与动量的关系是怎样的？3．描述波的物理量及波动特有的现象是什么？粒子具有哪些特征？4．宏观物体也具有波粒二象性吗？（2011·安庆高二检测）在一束电子中，电子的动能为200eV，忽略相对论效应，求此电子的德布罗意波波长λ．德布罗意关于波粒二象性的思辨过程德布罗意之前，人们对自然界的认识，只局限于两种基本的物质类型：实物和场．但是，许多实验结果之间出现了难以解释的矛盾．物理学家们相信，这些表面上的矛盾，势必有其深刻的根源．1923年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设想，人们对于光子建立起来的两个关系式ε＝hν，p＝mv＝eq\f(h,λ)会不会也适用于实物粒子．如果成立的话，实物粒子也同样具有波动性．二、理解不确定性关系1．有人说：在微观物理学中，由于我们不可能同时准确地知道某个粒子的位置和动量，粒子出现的位置是无规律可循的．这种说法对吗？为什么？谈一谈你的观点．2．既然单个粒子的运动情况不可预知，为什么还要研究粒子的运动规律？3．谈谈你对位置和动量的不确定性关系ΔxΔp≥eq\f(h,4π)的理解．一颗质量为10g的子弹，具有200m/s的速率，若其动量的不确定范围为其动量的0.01%（这在宏观范围是十分精确的了），则该子弹位置的不确定范围为多大？不确定性关系不是说微观粒子的坐标测不准，也不是说微观粒子的动量测不准，更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准，而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准．不确定性关系是自然界的一条客观规律，不是测量技术和主观能力的问题．1．关于物质波的认识，错误的是（）．A．只要是运动着的物体，不论是宏观物体还是微观粒子，都有相应的波动性，这就是物质波B．只有运动着的微观粒子才有与之对应的物质波，对于宏观物体，不论其是否运动，都没有相对应的物质波C．由于宏观物体的德布罗意波波长太小，所以无法观察到它们的波动性D．电子束照射到金属晶体上得到了电子束的衍射图样，从而证实了德布罗意的假设是正确的2．在历史上，最早证明了德布罗意波存在的实验是（）．A．弱光衍射实验B．电子束在晶体上的衍射实验C．弱光干涉实验D．以上选项都不正确3．关于电子云，下列说法正确的是（）．A．电子云是真实存在的实体B．电子云周围的小黑点就是电子的真实位置C．电子云上的小黑点表示的是电子的概率分布D．电子云说明电子在绕原子核运动时有固定轨道4．试估算质量为1000kg的汽车，以10m/s运动时的德布罗意波波长．5．电子经电势差为U＝200V的电场加速，在v≤c的情况下，求此电子的德布罗意波波长．提示：用最精炼的语言把你当堂掌握的核心知识的精华部分和基本技能的要领部分写下来并进行识记．知识精华技能要领答案：活动与探究1：1．答案：一切微观粒子都存在波动性，宏观物体（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，而微观实物粒子如电子、质子、中子以及原子、分子的波动性为宏观物体具有波动性奠定了事实基础．2．答案：如果用动量p来表征实物粒子的粒子性，用波长λ来表征实物粒子的波动性．那么，对光适用的关系式也适用于实物粒子，即：λ＝eq\f(h,p)，这种与实物粒子相联系的波后来称为德布罗意波，也叫做物质波．其中λ是德布罗意波波长，h是普朗克常量，p是相应的实物粒子的动量．3．答案：描述波的物理量有：波长、频率和波速．波动特有的现象是：干涉、衍射等．描述粒子的物理量有质量、能量、动量等，还具有与其他物质碰撞、入射、贯穿结合等作用特征．4．答案：电子、质子等微观粒子具有波粒二象性已是无可争议的事实，因为，人们已经通过实验观察到了它们的干涉和衍射等现象．宏观物体由于运动动量较大，根据德布罗意波波长与动量的关系λ＝eq\f(h,p)，波长非常非常小，尽管不容易观察到它们的干涉、衍射等波的现象，但它们仍然具有波动性，有它们的波长，因此宏观物体也具有波粒二象性．迁移与应用1：答案：见解析解析：忽略相对论效应，电子的动能为：Ek＝eq\f(1,2)mv2①电子的动量为：p＝mv②电子的德布罗意波波长为：λ＝eq\f(h,p)③代入数据得：λ＝8.7×10－11m．活动与探究2：1．答案：不对．由ΔxΔp≥eq\f(h,4π)可知，虽然我们不能准确地知道单个粒子的实际运动情况，但粒子出现的位置并不是无规律可循的．我们可以根据大量粒子运动的统计规律知道粒子在某点出现的概率．2．答案：由不确定性关系可知，我们不能准确预知单个粒子的实际运动情况，但是大量粒子运动的统计规律是可以准确预知的，可以从宏观上对一个系统进行干预和控制．3．答案：由ΔxΔp≥eq\f(h,4π)可以知道，在微观领域，要准确地测定粒子的位置，动量的不确定性就变大；反之，要准确确定粒子的动量，那么位置的不确定性就变大．如将狭缝变成宽缝，粒子的动量能被精确测定（可认为此时不发生衍射），但粒子通过缝的位置的不确定性却增大了；反之取狭缝Δx→0，粒子的位置测定精确了，但衍射范围会随Δx的减小而增大，这时动量的测定就更加不准确了．迁移与应用2：答案：见解析解析：子弹的动量为p＝mv＝0.01×200kg·m/s＝2.0kg·m/s动量的不确定范围为：Δp＝0.01%×p＝1.0×10－4×2.0kg·m/s＝2.0×10－4kg·m/s由不确定关系式ΔxΔp≥eq\f(h,4π)，得子弹位置的不确定范围Δx≥eq\f(h,4π·Δp)＝eq\f(6.63×10－34,4×3.14×2.0×10－4)m＝2.6×10－31m．当堂检测1．B解析：所有运动的物体都具有波动性，只是宏观物体的德布罗意波波长太短，无法观察到它们的波动性．2．B解析：最早证明德布罗意波假说的是电子束在晶体上的衍射实验．故B正确．3．C解析：由电子云的定义我们知道，电子云不是一种稳定的概率分布，在历史上，人们常用小圆点表示这种概率，小圆点的密疏代表电子在这一位置出现的概率大小，故只有C正确．4．答案：6.63×10－38m解析：汽车运动时的动量p＝mv＝1000×10kg·m/s＝104kg·m/s根据德布罗意波长计算公式有λ＝eq\f(h,p