沪科版选修35 实物是粒子还是波 课件 （共31张）.pptx

第2章 2 4实物是粒子还是波 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 题型探究 达标检测 知识探究 一 德布罗意波 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 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 物质波 运动着 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 波动性 干涉 波动性 干涉 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 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 不确定 x px 二 不确定关系 位置 动量 普朗克常量 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 牛顿运动 位置 概率 动量 题型探究 1 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 又具有波动性 即具有波粒二象性 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 德布罗意波是一种概率波 粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配 不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波 一 对德布罗意波的理解 例1质量为10g 速度为300m 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 解析 答案 答案2 21 10 34m由于子弹的德布罗意波长极短 无法观察到其波动性 解析由德布罗意波长公式可得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 解析 答案 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 单缝衍射现象中 粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的 即通过挡板前粒子的位置具有不确定性 2 单缝衍射现象中 粒子通过狭缝后 在垂直原来运动方向的动量是不确定的 即通过挡板后粒子的动量具有不确定性 3 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 x px 其中h是普朗克常量 这个关系式叫不确定关系 4 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更不准确 即 px更大 也就是说 不可能同时准确地知道粒子的位置和动量 也不可能用 轨迹 来描述粒子的运动 二 对不确定关系的理解 例2 多选 根据不确定关系 x px 判断下列说法正确的是a 采取办法提高测量 x精度时 px的精度下降b 采取办法提高测量 x精度时 px的精度上升c x与 px测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关d x与 px测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关 解析 答案 解析不确定关系表明 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关系所给出的限度 故a d正确 例3质量为10g的子弹与电子的速率相同 均为500m s 测量准确度为0 01 若位置和速率在同一实验中同时测量 试问它们位置的最小不确定量各为多少 电子质量为m 9 1 10 31kg 结果保留三位有效数字 解析 答案 答案1 06 10 31m1 16 10 3m 解析测量准确度也就是速度的不确定性 故子弹 电子的速度不确定量为 v 0 05m s 子弹的动量的不确定量 px1 5 10 4kg m s 电子动量的不确定量 px2 4 55 10 32kg m s 由 x 子弹位置的最小不确定量 x1 m 1 06 10 31m 电子位置的最小不确定量 x2 m 1 16 10 3m 理解不确定关系时应注意的问题 1 对子弹这样的宏观物体 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 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 1 2 解析 答案 3 4 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 1 2 3 4 2 多选 关于不确定性关系 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 微观粒子的位置坐标不可确定c 微观粒子的动量和位置不可能同时确定d 不确定关系不仅适用于电子和光子等微观粒子 也适用于其他宏观粒子 1 2 解析 答案 3 4 解析不确定关系表示位置 动量的精度相互制约 此长彼消 当粒子的位置不确定性更小时 粒子动量的不确定性更大 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 1 2 3 4 3 电子经电势差为u 200v的电场加速 电子质量m0 9 1 10 31kg 求此电子的德布罗意波长 解析 答案 答案8 69 10 2nm 1 2 3 4 解析已知m0v2 ek eup ek 所以 把u 200v m0 9 1 10 31kg 代入上式解得 8 69 10 2nm 1 2 3 4 4 已知 5 3 10 35j s 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m 1 0kg 测定其位置的不确定量为10 6m 解析 答案 答案见解析 1 2 3 4 解析由 x px 得 球的速度测定的不确定量这个速度不确定量在宏观世界