德布罗意波45不确定性关系课件-高二下学期物理粤教版选择性

第四章

波粒二象性第4~5节

德布罗意波不确定性关系通过对双缝干涉、光电效应等一系列问题的研究，人们终于认识到光既有粒子性，又有波动性。我们已经认识到如电子、质子等实物粒子是具有粒子性的，那么实物粒子是否也会同时具有波动性呢？1.了解德布罗意波假说2.了解不确定性关系，知道经典物理与微观物理的区别一、德布罗意波假说德布罗意(De·Broglie)，法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。1923年发表了题为“波和粒子”的论文，提出了物质波的概念。德布罗意提出假设：实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间，遵从如下关系：这种与实物粒子相联系的波后来被称为德布罗意波，也叫作物质波。我们知道波是可以发生衍射和干涉的，如果德布罗意波真的存在，那么实物粒子也应该能够发生衍射或干涉！能否通过实验验证德布罗意假说

干涉衍射二、电子衍射屏P多晶薄膜高压栅极阴极电子束衍射实验电子衍射图样1.实验验证——①衍射图样

1927年C.J.戴维森和G.P.汤姆孙（J.J.汤姆孙之子）分别利用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验，得到了的衍射图样，从而证实了电子的波动性。G.P汤姆孙戴维森大量电子的一次行为2.

实验验证——②干涉图样

在后来的实验中，人们还进一步观测到了电子德布罗意波的干涉现象。电子干涉条纹电子双缝实验德布罗意提出物质波的观念被证实，表明实物粒子也具有波粒二象性。问题：为什么我们看不到实物粒子的波动性呢？如质量为0.01kg的子弹，速度是300m/s，那么计算出的波长是？

比原子核的半径还要小19个数量级。这根本测不出衍射，所以宏观物体几乎看不到波动性只表现粒子性。原子核：r—10-15m

说明：任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小的缘故。德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波。一般宏观物体物质波的波长很短，波动性很不明显，难以观察到其衍射现象，如只有利用金属晶格中的狭缝才能观察到电子的衍射图样。三、不确定性关系入射粒子xyOa细缝处位置不确定范围取决于缝宽a=Δx。问题：一个光子通过狭缝的瞬间，它是从挡板左侧哪个准确位置进入细缝呢？也就是说，光子通过狭缝的瞬间，其坐标x为多少答案：完全不确定。不确定范围有多大坐标X位置不确定范围是Δx，可用缝宽a来表示。（Δx）入射粒子xyOaθ结论：微观粒子的位置测得越准确，动量就越不准确。动量测得越准确，位置就越不准确。x入射粒子yOaθ海森伯不确定关系1927年海森伯提出：不确定性关系Δx表示粒子位置的不确定量Δp表示粒子在X方向上的动量的不确定量

h是普朗克常量1.物理意义：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：微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。微观粒子的坐标测得越准确(

x0)

，动量就越不准确(

p

)

；微观粒子的动量测得越准确(

p0)

，坐标就越不准确(

x

)

。微观粒子的坐标和动量不能同时测准。不确定关系的物理意义和微观本质宏观物体微观粒子具有确定的坐标和动量，可用牛顿力学描述没有确定的坐标和动量，需用量子力学描述有连续可测的运动轨道，可追踪各个物体的运动轨迹有概率分布特性，不可能分辨出各个粒子的轨迹体系能量可以为任意的、连续变化的数值能量量子化不确定度关系无实际意义遵循不确定度关系坐标动量轨迹能量不确定性关系经典物理和微观物理的区别1.下列关于德布罗意波的认识正确的是(

)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C2.关于经典力学、相对论与量子论的说法正确的是(

)A.当物体的速度接近光速时,经典力学就不适用了B.相对论和量子力学的出现,使经典力学失去了意义C.量子力学能够描述微观粒子运动的规律性D.万有引力定律也适用于强相互作用力AC3.以下关于物质波的说法中正确的是（  ）A．实物粒子与光子都具有波粒二象性，故实物粒子与光子是本质相同的物体B．一切运动着的物体都与一个对应的波相联系C．机械波、物质波都不是概率波D．实物粒子的动量越大，其波动性越明显，越容易观察B

1.实物粒子和光一样具有波粒二象性。2.德布罗意波的波长：3.海森伯提出：不确定性关系不确定关系式表明：微观粒子不可能同时具有确