2019_2020学年高中物理第4章4实物粒子的波粒二象性5不确定关系学案教科版.docx

4.实物粒子的波粒二象性 5不确定关系学习目标1.理解德布罗意波，会计算物质的波长，会解释相关现象，知道电子云(重点、难点)2.知道不确定关系的具体含义(重点、难点)一、德布罗意假说及实验验证电子云1德布罗意假说实物粒子象光子一样，也具有波粒二象性，与粒子相对应的波称为德布罗意波，也叫物质波2德布罗意关系式Ehp3电子波动性的实验证实(1)1926年，戴维孙和革末通过实验首次发现了电子的衍射现象(2)1927年，汤姆孙用实验证明，电子在穿过金属片后像X射线一样产生衍射现象，也证实了电子的波动性(3)人们相继用实验证实原子、分子、中子等微观粒子的波动性，德布罗意关系式已成为微观粒子的波动性和粒子性之间关系的基本公式4氢原子中的电子云(1)概率波同光波是概率波一样，与实物粒子对应的波(德布罗意波)也是一种概率波(2)电子云定义电子在原子核周围出现的概率密度分布电子的分布电子在空间运动的过程中，概率密度大(小)的地方，电子运动在那里的机会就多(少)，电子云反映了原子核外电子位置的可能性二、不确定关系1不确定关系在经典物理学中，质点在任意时刻都有确定的位置和动量，沿着一定的轨道运动在量子力学中，同时确定粒子的动量和位置时，两者的精确度有一个原则上的限制，其数学表达式称为不确定关系2表达式xpx.其中px表示粒子位置的不确定量，用px表示在x方向上动量的不确定量，h是普朗克常量表达式的意义是：粒子在某一方向位置的不确定量和在这方向上动量的不确定量的乘积大于或等于.1正误判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)电子不但具有粒子性也具有波动性()(2)物质波的波长由粒子的大小决定()(3)物质波的波长和粒子运动的动量有关()(4)我们可以根据电子的运动轨迹判断电子出现的位置()(5)经典的粒子可以同时确定位置和动量()(6)微观粒子可以同时确定位置和动量()(7)对于微观粒子，不可能同时准确地知道其位置和动量()2(多选)下列说法中正确的是()A物质波属于机械波B物质波与机械波有本质区别C只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性D德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波和它对应，这种波叫物质波BD物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不同，A错误，B正确；宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显，看不出来，C错误；德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波和它对应，这种波叫物质波，D正确3对不确定性关系xp有以下几种理解，其中正确的是()A微观粒子的动量不可能确定B微观粒子的坐标不可能确定C微观粒子的动量和坐标不可能同时确定D不确定性关系仅适用于电子和光子等微观粒子，不适用于其他宏观物体C不确定性关系xp表示确定位置、动量的精确度互相制约，此长彼消，当粒子位置的不确定性变小时，粒子动量的不确定性变大；当粒子位置的不确定性变大时，粒子动量的不确定性变小，故不能同时准确确定粒子的动量和坐标不确定性关系也适用于其他宏观物体，不过这些不确定量微乎其微对德布罗意波的进一步理解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的缘故2粒子在空间各处出现的几率受统计规律支配，不要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4求解德布罗意波波长的方法(1)根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式pmv.(2)根据波长公式求解(3)注意区分光子和微观粒子的能量和动量的不同表达式如光子的能量：h，动量p；微观粒子的动能：Ekmv2，动量pmv.【例1】如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以103 m/s的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多长？(中子的质量为1.671027 kg)解析中子的动量为p1m1v子弹的动量为p2m2v据知中子和子弹的德布罗意波的波长分别为1，2联立以上各式解得1，2将m11.671027 kg，v1103 m/s，h6.631034 Js，m21.0102 kg代入上面两式可解得14.01010 m，26.631035 m.答案4.01010 m6.631035 m宏观物体波动性的三点提醒(1)一切运动着的物体都具有波动性，宏观物体观察不到其波动性，但并不否定其波动性(2)要注意大量光子、个别光子、宏观物体、微观粒子等相关概念的区别(3)在宏观世界中，波与粒子是对立的概念；在微观世界中，波与粒子可以统一1如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的_也相等解析本题考查德布罗意波长的公式，意在考查考生对德布罗意波长公式的掌握由可知，如果一个电子和一个中子的德布罗意波长相等，则它们的动量p相等答案动量对不确定关系的理解1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2微观粒子的运动没有特定的轨道由不确定关系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3经典物理和微观物理的区别(1)在经典物理学中，可以同时用位置和动量精确地描述质点的运动，如果知道质点的加速度，还可以预言质点在以后任意时刻的位置和动量，从而描绘它的运动轨迹(2)在微观物理学中，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”来描述粒子的运动但是，我们可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律【例2】已知5.31035 Js，试求下列情况中速度测定的不确定量(1)一个球的质量m1.0 kg，测定其位置的不确定量为106 m；(2)电子的质量me9.01031 kg，测定其位置的不确定量为1010 m(即在原子的数量级)解析(1)m1.0 kg，x1106 m，由xp，pmv知v1 m/s5.31029 m/s.(2)me9.01031 kg，x21010 mv2 m/s5.89105 m/s.答案(1)5.31029 m/s(2)5.89105 m/s对不确定性关系的两点提醒(1)不确定性关系xp是自然界的普遍规律，对微观世界的影响显著，对宏观世界的影响可忽略不计也就是说，宏观世界中的物体质量较大，位置和速度的不确定范围较小，可同时较精确测出物体的位置和动量(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了2质量为m6.641027 kg的粒子通过宽度为a0.1 mm的狭缝后，其速度的不确定量约为多少？若其速度v3107 m/s，它能否看成经典粒子？解析粒子位置不确定量xa，由不确定性关系xp及pmv，得v8105 m/s，因vv，故能看成经典粒子处理答案8105 m/s能课 堂 小 结知 识 网 络1.德布罗意波的概念及实验规律2用不确定关系的对应公式分析简单问题.1在做双缝干涉实验时，发现100个光子中有96个通过双缝后打到了观察屏上的b处，则b处可能是()A亮纹B暗纹C既有可能是亮纹也有可能是暗纹D以上各种情况均有可能A按波的概率分布的特点去判断，由于大部分光子都落在b点，故b处一定是亮纹，选项A正确2(多选)下列说法正确的是()A光是一种电磁波B光是一种概率波C光子相当于高速运动的质点D光的直线传播只是宏观近似规律ABD光是一种电磁波，是电磁波谱中频率(或波长)很窄的一部分，A正确；光又是概率波，单个光子的运动纯属偶然，而大量光子的运动受波动规律支配，B正确；光子是能量粒子，不能看成高速运动的质点，C错误；因光波长很短，比一般物体的尺寸小得多，所以光的衍射非常弱，可看成直线传播，它只是一种近似规律，D正确3(多选)下列说法正确的是()A宏观物体的动量和位置可准确测定B微观粒子的动量和位置可准确测定C微观粒子的动量和位置不可同时准确测定D宏观物体的动量和位置不可同时准确测定AC由不确定性关系知，宏观物体的不确定量较小，一般认为其动量和