高中物理 第2章 第5节 德布罗意波课件 粤教版选修35.ppt

第五节德布罗意波 第二章波粒二象性 栏目链接 学习目标 1 知道德布罗意波假说 2 了解电子衍射现象及意义 3 了解 不确定关系 的具体含义 栏目链接 任何运动着的物体 都有一种波与它相对应吗 提示 任何运动着的物体 小到电子 质子 大到行星 太阳 都有一种波与它相对应 这种波叫物质波 德布罗意波 1 德布罗意波假说的内容 任何一个实物粒子都和一个波相对应 栏目链接 2 德布罗意波假说的提出背景 德布罗意认识到人们讨论光时过分地强调了波动性 忽略了粒子性 同样 在讨论实物粒子时 人们只讨论粒子性 忽略了波动性 于是把光的波粒二象性推广到了实物粒子 用类比的方法 从理论上预言了物质波的存在 3 德布罗意波 1 定义 实物粒子所对应的波称为德布罗意波 也称为物质波 2 德布罗意波长与动量的关系 其中 是德布罗意波长 h是普朗克常量 p是相应的实物粒子的动量 栏目链接 4 对德布罗意波的理解 1 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 2 物质波也是概率波 在一般情况下 对于电子和其他微观粒子 不能用确定的坐标来描述它们的位置 因此也无法用轨迹描述它们的运动 但是它们在空间各处出现的概率是受波动规律支配的 栏目链接 一颗质量为5kg的炮弹 1 以200m s的速度运动时 它的德布罗意波长为多大 2 若要使它的德布罗意波长与波长是400nm的紫光波长相等 则它必须以多大的速度运动 解析 1 炮弹的德布罗意波长为 2 由 得炮弹的运动速度为 v 3 3 m s 答案 1 6 63 m 2 3 3 m s 栏目链接 方法总结 明确德布罗意波的含义 正确应用公式 实物粒子也具有波动性 这种波称之为物质波 也叫德布罗意波 物质波波长 公式中 为德布罗意波波长 h为普朗克常量 p为粒子动量 对物理原理公式的理解关键在于对各物理量意义的理解 课堂训练1 下列关于德布罗意波的认识 正确的解释是 c 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 栏目链接 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解析 运动的物体才具有波动性 a项错误 宏观物体由于动量太大 德布罗意波长太小 所以看不到它的干涉 衍射现象 但仍有波动性 d项错误 x光是波长极短的电磁波 是光子 它的衍射不能证实物质波的存在 b项错误 只有c项正确 不确定关系的理解与应用 在经典物理学中 一个质点的位置和动量是可以同时精确测定的 对于微观粒子 它的位置和动量能同时被精确测定吗 能用 轨迹 来描述粒子的运动吗 试以粒子的衍射现象为例加以说明 提示 微观粒子的位置和动量不能同时被精确测定 在粒子的衍射现象中 设有粒子通过狭缝后落在屏上 狭缝宽度为a 用坐标表示为 x 那么某个粒子通过狭缝时位于缝中的哪一点是不确定的 不确定的范围为 x 栏目链接 由于微观粒子具有波动性 经过狭缝后会发生衍射 有些粒子会偏离原来的运动方向跑到了投影位置以外的地方 这就意味着粒子有了与原来运动方向垂直的动量 位于与原运动方向垂直的平面上 又由于粒子落在何处是随机的 所以粒子在垂直于运动方向的动量具有不确定性 不确定量为 p 根据 x p 知 如果 x更小 则 p更大 也就是不可能同时准确地知道粒子的位置和动量 因而也就不可能用 轨迹 来描述粒子的运动 栏目链接 经典力学中运动物体有完全确定的位置 动量 能量等 微观粒子中位置 动量等具有不确定量 概率 也就是不能同时用位置和动量来描述粒子的运动 微观粒子的运动不可能同时具有确定的位置和动量 如果以 x表示粒子位置的不确定量 以 p表示粒子在x轴方向上的动量的不确定量 那么 x p h为普朗克常量 粒子位置的不确定量 x越小 微观粒子的坐标测得越准确 动量的不确定量 px就越大 反之亦然 栏目链接 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 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及粒子空间分布遵从统计规律的必然反映 不确定关系提供了一个判断依据 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 栏目链接 栏目链接 由不确定关系可知 原子中的电子在原子核的周围运动是不确定的 因而不能用 轨道 来描述它的运动 电子在空间各点出现的概率是不同的 当原子处于稳定状态时 电子会形成一个稳定的概率分布 人们常用一些小圆点来表示这种概率分布 概率大的地方小圆点密一些 概率小的地方小圆点疏一些 这样的概率分布图称为电子云 电子云是原子核核外电子位置不确定的反映 设子弹的质量为0 01kg 枪口直径为0 5cm 试求子弹射出枪口时横向速度的不确定量 解析 枪口直径可以当做子弹射出枪口位置的不确定量 x 由于 px m vx 由不确定性关系式得子弹射出枪口时横向速度的不确定量 答案 大于等于1 06 m s 课堂训练2 电子的运动受波动性的支配 对氢原子的核外电子 下列说法错误的是 c a 电子绕核运动的 轨道 其实是没有意义的b 电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置c 电子绕核