2018_2019版高中物理第2章波和粒子2.4实物是粒子还是波课件沪科版.pptx

2.4 实物是粒子还是波,第2章 波和粒子,学习目标 1.知道实物粒子具有波动性，知道什么是物质波. 2.了解物质波也是一种概率波. 3.初步了解不确定关系.,内容索引,知识探究 新知探究 点点落实,题型探究 重点难点 各个击破,达标检测 当堂检测 巩固反馈,知识探究,一、德布罗意波,导学探究 德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，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？,答案 波粒二象性是微观粒子的特殊规律，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.,答案,知识梳理 对物质波的认识 1.粒子的波动性 (1)任何一个 的物体，都有一种波与之相伴随，这种波称为 ，也叫德布罗意波. (2)物质波波长、频率的计算公式为 ， . (3)我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太 ，德布罗意波长太 的缘故.,运动着,物质波,大,小,2.物质波的实验验证 (1)实验探究思路： 、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生 或衍射现象. (2)实验验证：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，得到了电子的衍射图样，证实了电子的 . (3)说明 人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的 ，对于这些粒子，德布罗意给出的 和 关系同样正确. 物质波也是一种概率波.,干涉,干涉,波动性,波动性,即学即用 判断下列说法的正误. (1)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波.( ) (2)湖面上的水波就是物质波.( ) (3)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性.( ),答案,导学探究 1.如果光子是经典的粒子，它在从光源飞出后应该做匀速直线运动，它在屏上的落点应该在缝的投影之内，即屏上亮条纹宽度与缝宽相同.但是实际，它到达屏上的位置超出单缝投影的范围，,二、不确定关系,图1,形成了中间宽、两侧窄、明暗相间的衍射条纹，如图1所示.微观粒子的运动是否遵循牛顿运动定律？能否用经典物理学的方法准确确定粒子到达屏上的位置和动量？,答案,答案 按照牛顿运动定律，如果光子是经典的粒子，光在运动过程中不受力，光子应该做匀速直线运动.而由光的衍射可知，光子运动并不遵从牛顿运动定律，即对于微观粒子的运动，不能用经典物理学的方法确定其位置及动量.,答案 变大,2.单缝衍射时，屏上各点的亮度反映了粒子到达这点的概率.图2是粒子到达屏上的概率在坐标系中的表示.,答案,(1)如果狭缝变窄，粒子的衍射图样中，中央亮条纹变宽.这说明当粒子的位置不确定量减小时，动量的不确定量如何变化？,图2,(2)通过狭缝后，单个粒子的运动情况能否预知？粒子出现在屏上的位置遵循什么规律？,答案,(3)粒子位置的不确定量x与动量的不确定量p有什么关系？,答案 不能 粒子出现在屏上的位置遵循统计规律,知识梳理 1.定义：在经典物理学中，可以同时用质点的位置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位置和动量是不太可能的，这种关系叫 关系. 2.表达式： . 其中以x表示粒子 的不确定量，以px表示粒子在x方向上的 的不确定量，h是 . 3.微观粒子运动的基本特征：不再遵守 定律，不可能同时准确地知道粒子的 和 ，不可能用“轨迹”来描述粒子的运动，微观粒子的运动状态只能通过 做统计性的描述.,不确定,xpx,位置,动量,普朗克常量,牛顿运动,位置,动量,概率,题型探究,一、对德布罗意波的理解,1.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. 2.物质波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不能以宏观观点中的波来理解德布罗意波. 3.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.,例1 (多选)关于物质波，下列认识中正确的是 A.任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波 B.X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的 C.电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的 D.宏观物体尽管可以看做物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象,答案,解析,解析 据德布罗意物质波理论知，任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波，A选项正确； 由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线的衍射现象并不能证实物质波理论的正确性，即B选项错误； 电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故C选项正确； 由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的，无规律的，但大量电子穿过铝箔后落的位置则呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故选项D错误.,例2 质量为10 g、速度为300 m/s在空中飞行的子弹，其德布罗意波长是多少？为什么我们无法观察到其波动性？,答案 2.211034 m 由于子弹的德布罗意波长极短，无法观察到其波动性,答案,解析,因子弹的德布罗意波长极短，故无法观察到其波动性.,针对训练 (多选)下列说法中正确的是 A.物质波也叫德布罗意波 B.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,解析,解析 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，其中概率的大小受波动规律的支配，故A、B正确. 光波具有波粒二象性，波动性表明光波是一种概率波，故C正确. 由于光子的特殊性，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.首先计算物体的速度，再计算其动量.如果知道物体动能也可以直接用p 计算其动量. 2.再根据 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，可以根据结果的数量级大致判断结果是否合理.,1.粒子位置的不确定性：单缝衍射现象中，入射的粒子有确定的动量，但它们经过狭缝后可以处于任何位置，也就是说，粒子的位置是完全不确定的. 2.粒子动量的不确定性： (1)微观粒子具有波动性，会发生衍射.大部分粒子到达狭缝之前沿水平方向运动，而在经过狭缝之后，有些粒子跑到投影位置以外.这些粒子具有与其原来运动方向垂直的动量. (2)由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是完全随机的，所以粒子在垂直方向上的动量也具有不确定性，不确定量的大小可以由中央亮条纹的宽度来衡量.,二、对不确定关系的理解,3.位置和动量的不确定性关系：xp . 由xp 可以知道，在微观领域，要准确地确定粒子的位置，动量的不确定性就更大；反之，要准确地确定粒子的动量，那么位置的不确定性就更大. 4.微观粒子的运动没有特定的轨道：由不确定性关系xp 可知，微观粒子的位置和动量是不能同时被确定的，这也就决定了不能用“轨迹”的观点来描述粒子的运动.,例3 (多选)根据不确定性关系xp ，判断下列说法正确的是 A.采取办法提高测量x精度时，p的精度下降 B.采取办法提高测量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是否完备有关 D.x与p测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关,解析 不确定性关系表明，无论采用什么方法试图确定位置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是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定性关系所给出的限度.故A、D正确.,答案,解析,这个速度不确定在宏观世界中微不足道，可认为球的速度是确定的，其运动遵从经典物理学理论.,例4 已知 5.31035 Js，试求下列情况中速度测定的不确定量，并根据计算结果，讨论在宏观和微观世界中进行测量的不同情况. (1)一个球的质量m1.0 kg，测定其位置的不确定量为106 m.,答案,解析,答案 见解析,解析 m1.0 kg，x1106 m，,这个速度不确定量不可忽略，不能认为原子中的电子具有确定的速度，其运动不能用经典物理学理论处理.,(2)电子的质量me9.01031 kg，测定其位置的不确定量为1010 m.,答案,解析,答案 见解析,解析 me9.01031 kg，x21010 m,理解不确定性关系时应注意的问题 1.对球这样的宏观物体，不确定量是微不足道的，对测量准确性没有任何限制，但对微观粒子却是不可忽略的. 2.在微观世界中，粒子质量较小，不能同时精确地测出粒子的位置和动量，也就不能准确地把握粒子的运动状态.,达标检测,解析 任何一个运动的物体都具有波动性，但因为宏观物体的德布罗意波长很短，所以很难看到它的衍射和干涉现象，所以C项对，B、D项错； 物质波不同于宏观意义上的波，故A项错.,1.(物质波的理解)下列说法中正确的是 A.物质波属于机械波 B.只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性 C.德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行 星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波 D.宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时 不具有波动性,1,2,3,4,答案,解析,2.(物质波的理解)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大近代物理实验之一.如图3所示的是该实验装置的简化图.下列说法不正确的是 A.亮条纹是电子到达概率大的地方 B.该实验说明物质波理论是正确的 C.该实验说明了光子具有波动性 D.该实验说明实物粒子具有波动性,1,2,3,4,答案,解析,图3,解析 该实验说明物质波理论是正确的，实物粒子也具有波动性，亮条纹是电子到达概率大的地方，不能说明光子具有波动性，故选C.,解析 微观粒子的波动性是一种概率波，对于微观粒子的运动，牛顿运动定律已经不适用了，所以氢原子的核外电子不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置，电子的“轨道”其实是没意义的，电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置，综上所述，C、D正确.,3.(物质波的理解)(多选)电子的运动受波动性的支配，对于氢原子的核外电子，下列说法正确的是 A.氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置 B.电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确定它的轨道 C.电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的 D.电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置,1,2,3,4,答案,解析,4.(不确定性关系的理解)(多选)关于不确定性关系xp 有以下几种理解，正确的是 A.