高中物理 2.4 实物是粒子还是波课件 沪科版选修35 .ppt

第2章波和粒子 2 4实物是粒子还是波 学习目标定位 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 知识储备区 4 1 运动物质 2 知识链接 新知呈现 1 波粒二象性2 干涉衍射光电效应康普顿效应 3 波动粒子波动 知识储备区 3 晶体衍射 衍射环 4 大小 5 1 不确定 2 粒子位置的不确定量在x方向动量的不确定量 3 同时 学习探究区 一 对物质波的理解 二 不确定关系 一 对物质波的理解 问题设计 阅读课本 回答 1 如何理解德布罗意波 如何理解实验粒子的波粒二象性 2 我们观察不到宏观物体波动性的原因是什么 答案见要点提炼 要点提炼 1 任何运动着的物体 小到电子 质子 大到行星 太阳 都有一种波与之相伴随 这种波称为物质波 物质波波长的计算公式为 2 德布罗意假说是光的波粒二象性的推广 即光子和实物粒子都既具有粒子性 又具有 即具有波粒二象性 与光子对应的波是波 与实物粒子对应的波是波 波动性 电磁 物质 3 德布罗意波是一种概率波 粒子在空间各处出现的概率受规律支配 不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波 4 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大 德布罗意波长太的缘故 波动 小 例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 解析运动着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 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 只有c项正确 答案c 例2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 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 1 4 0 10 10m 2 6 63 10 35m答案4 0 10 10m6 63 10 35m 返回 二 不确定关系 在经典物理学中 物体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 轨道 来描述粒子的运动吗 试以光的衍射为例加以说明 答案不能 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d 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 由于微观粒子具有波动性 问题设计 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 px 根据 x px 知 如果 x更小 则 px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 要点提炼 1 微观粒子运动的位置不确定量 x和动量的不确定量 px的关系式为 其中h是 这个关系式叫不确定关系 2 不确定关系告诉我们 如果要更准确地确定粒子的位置 即 x更小 那么动量的测量一定会 即 px更大 也就是说 不可能同时准确地知道粒子的和 也不可能用 轨道 来描述粒子的运动 普朗克常量 更不准确 位置 动量 例3一颗质量为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 px 0 01 p 2 10 4kg m s 由不确定关系 x px 得子弹位置的不确定范围 答案见解析 返回 课堂要点小结 返回 实物是粒子还是波 自我检测区 1 2 3 4 1 下列关于物质波的说法中正确的是 a 实物粒子具有粒子性 在任何条件下都不可能表现出波动性b 宏观物体不存在对应波的波长c 电子在任何条件下都能表现出波动性d 微观粒子在一定条件下能表现出波动性 1 2 3 4 d 2 关于不确定关系 x px 有以下几种理解 正确的是 a 微观粒子的动量不可确定b 微观粒子的位置不可确定c 微观粒子的动量和位置不可同时确定d 不确定关系不仅适用于电子和光子等微观粒子 也适用于宏观物体 1 2 3 4 1 2 3 4 解析本题主要考查不确定关系 x px 的理解 不确定关系表示确定位置 动量的精度相互制约 此长彼消 当粒子的位置不确定更小时 粒子动量的不确定更大 反之亦然 故不能同时准确确定粒子的位置和动量 不确定关系是自然界中的普遍规律 对微观世界的影响显著 对宏观世界的影响可忽略 故c d正确 答案cd 3 一质量为450g的足球以10m s的速度在空中飞行 一个初速度为零的电子 通过电压为100v的加速电场 试分别计算它们的德布罗意波长 1 2 3 4 解析 电子经电场加速后 速度增加为v2 根据动能定理有 答案1 47 10 34m1 2 10 10m 1 2 3 4 4 设子弹的质量为0