2020新教科版高中物理选修3-5第4章4实物粒子的波粒二象性5不确定关系学案26

1、-1 -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)自主预习探新Ml- - iLi/iMisrarw-L 知识梳理一、 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hE=hvp=3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

2、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1定义电子在原子核周围出现的概率密度分布.2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

3、制，其数学表达 式称为不确定关系.2 .表达式hXPx .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-2 -4n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h不确定量的乘积大于或等于 -.4nZT基础自测匚I1 正误判断（正确的打“V”，错误的打“X”）（1）电子不但具有粒子性也具有波动性.（V）（2）物质波的波长由粒子的大小决定.（X）（3）物质波的波长和粒子运动的动量有关.（V）（4）我们可以根据电子的运动轨迹判断电子出现的位置.（X）（5）经典的粒子可以同时确定位置和动量.（V）（6）微观粒子可以同时确定位置和动量.（X）（7）

4、对于微观粒子，不可能同时准确地知道其位置和动量.（V）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.h3 对不确定性关系 x有以下

5、几种理解，其中正确的是（）4nA. 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h-3 -C 不确定性关系 xAp表示确定位置、动量的精确度互相制约，此长彼消，当粒4n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. 合作探究X 点 V_I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

6、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h(2) 根据波长公式入=-求解.P(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：=hv,动h一12量p=;微观粒子的动能：E可以知道，在微观领域，要准确地确定粒子的

7、位置，动量的不确定性就更4n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AxA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4n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.h35【例 2】已知厂

8、=5.3X1035J s,试求下列情况中速度测定的不确定量.4n(1) 一个球的质量m 1.0 kg，测定其位置的不确定量为106m；电子的质量 m = 9.0X10_31kg,测定其位置的不确定量为1010m(即在原子的数量级).-6 -解析m= 1.0 kg ,Ax1= 106m,由AxApAp=mAv知AV1h4n AX1m35-7 -(2)m=9.0X1031kg, x2=1010m5.3 X 10106X1.029m/s=5.3X10 m/s.V24n X2im5.3X10一 1010X9.0X10m/s-8 -=5.89X105m/s.亠295答案(1)5.3X10 m/s (2)

9、5.89X10 m/s规什方仏对不确定性关系的两点提醒(1) 不确定性关系 *是自然界的普遍规律，对微观世界的影响显著，对宏观世4n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.针对训练2.质量为 mp6.64X10一27kg 的a粒子通过宽度为a= 0.1 mm 的狭缝后，其速度的不确 定量约为多少？若其速度v= 3X107m/s，它能否看成经典粒子？h解析a粒子位置不确定量x=a,由不确定性关系xp一及p=v，得4

10、nh5v疋8X10 m/s，因v? v,故能看成经典粒子处理.4nmX答案8X10一5m/s 能-9 -t)ANGTAN ；l JABIAOCUSHUANG1 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（）当堂达标SIB-10 -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，一般认为其动量和位置确定.4.（多选）下列对物理模型和