高中物理选修三6.2实物粒子的波粒二象性教案1

实物粒子的波粒二象性一、教学目标1、知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性。2、知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。3、了解不确定关系的概念和相关计算。二、教学重难点1、实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系。2、实物粒子的波动性的理解，不确定关系的理解。三、教学过程提问光的波粒二象性的含义？我们所学的大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。（3）光子在空间各点出现的概率遵从波动规律，物理学中把光波叫做概率波。（一）德布罗意假说法国科学家德布罗意考虑到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的成功，大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子。1．德布罗意波（物质波）德布罗意波：任何一个运动着的粒子，都有一个对应的波，这种波称为物质波，也叫德布罗意波。2、粒子能量和对应频率关系：粒子动量和对应波长的关系：]＝（为德布罗意波长，h为普朗克常量，p为粒子动量）3、应用：某电视显像管中电子的运动速度是4.0×107m/s；质量为10g的一颗子弹的运动速度是200m/s。分别计算它们的德布罗意波长。（根据公式计算得1.8×1011m和3.3×1034m）可以解释为什么无法观察到子弹的波动性（二）对德布罗意假说的实验探索1、1927年，戴维孙和革末通过实验首次发现了电子的晶体衍射．见图6132、1927年，汤姆生观察到，电子通过金属薄层做透射实验后形成了衍射环，并计算出了相应的波长．见图614,6153、1960年，约恩孙电子双缝干涉实验，得到类似杨氏双缝干涉实验图样照片。见图616（三）不确定性关系不确定性关系(1)定义：在经典物理学中，物体的位置和动量是可以同时精确地测定的，在微观物理学中，要同时精确测出微观粒子的位置和动量是不太可能的，这种关系叫不确定关系．(2)表达式：ΔxΔpx≥eq\f(h,4π).其中用Δx表示粒子位置的不确定量，用Δpx表示粒子在x方向动量的不确定量，h是普朗克常量．(3)此式表明，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，即不可能用“轨道”来描述粒子的运动.2、理解：（1）物理意义：微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。粒子位置的不确定量越小，动量的不确定量就越大，反之亦然。（2）微观本质：是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然结果。不确定关系式表明：①微观粒子的坐标测得愈准确()，动量就愈不准确()；微观粒子的动量测得愈准确()，坐标就愈不准确()。但这里要注意，不确定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。②为什么微观粒子的坐标和动量不能同时测准？这是因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量。这本质上是微观粒子具有波粒二象性的必然反映。由以上讨论可知，不确定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。③不确定关系提供了一个判据：当不确定关系施加的限制可以忽略时，则可以用经典理论来研究粒子的运动。当不确定关系施加的限制不可以忽略时，那只能用量子力学理论来处理问题。素养提升1、下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是()A．任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波B．X光的衍射证实了物质波的假设是正确的C．电子的衍射证实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，所以宏观物体不具有波动性答案：C2、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)解析中子的动量为p1＝m1v子弹的动量为p2＝m2v据λ＝eq\f(h,p)知中子和子弹的德布罗意波长分别为λ1＝eq\f(h,p1)，λ2＝eq\f(h,p2)联立以上各式解得λ1＝eq\f(h,m1v)，λ2＝eq\f(h,m2v)将m1＝1.67×10－27kg，v＝103m/sh＝6.63×10－34J·s，m2＝1.0×10－2kg代入上面两式可解得λ1＝4.0×10－10m，λ2＝6.63×10－35m答案4.0×10－10m6.63×10－35m3、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)，则该子弹位置的不确定量范围为多大？解析子弹的动量p＝mv＝0.01×200kg·m/s＝2kg·m/s，动量的不确定范围Δpx＝0.01%×p＝2×10－4kg·m/s；由不确定关系ΔxΔpx≥e