滬科版選修35 實(shí)物是粒子還是波 課件 （共31張）.pptx

第2章 2 4實(shí)物是粒子還是波 學(xué)習(xí)目標(biāo)1 知道實(shí)物粒子具有波動(dòng)性 知道什么是物質(zhì)波 2 了解物質(zhì)波也是一種概率波 3 初步了解不確定關(guān)系 內(nèi)容索引 知識(shí)探究 題型探究 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 知識(shí)探究 一 德布羅意波 德布羅意認(rèn)為任何運(yùn)動(dòng)著的物體均具有波動(dòng)性 可是我們觀察運(yùn)動(dòng)著的汽車 并未感覺(jué)到它的波動(dòng)性 你如何理解該問(wèn)題 答案波粒二象性是微觀粒子的特殊規(guī)律 一切微觀粒子都存在波動(dòng)性 宏觀物體 汽車 也存在波動(dòng)性 只是因?yàn)楹暧^物體質(zhì)量大 動(dòng)量大 波長(zhǎng)短 難以觀測(cè) 答案 對(duì)物質(zhì)波的認(rèn)識(shí)1 粒子的波動(dòng)性 1 任何一個(gè) 的物體 都有一種波與之相伴隨 這種波稱為 也叫德布羅意波 2 物質(zhì)波波長(zhǎng) 頻率的計(jì)算公式為 3 我們之所以看不到宏觀物體的波動(dòng)性 是因?yàn)楹暧^物體的動(dòng)量太 德布羅意波長(zhǎng)太 的緣故 物質(zhì)波 運(yùn)動(dòng)著 大 小 2 物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 1 實(shí)驗(yàn)探究思路 衍射是波特有的現(xiàn)象 如果實(shí)物粒子具有波動(dòng)性 則在一定條件下 也應(yīng)該發(fā)生 或衍射現(xiàn)象 2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 1927年戴維孫和湯姆生分別利用晶體做了電子束衍射的實(shí)驗(yàn) 得到了電子的衍射圖樣 證實(shí)了電子的 3 說(shuō)明 人們陸續(xù)證實(shí)了質(zhì)子 中子以及原子 分子的 對(duì)于這些粒子 德布羅意給出的 和 關(guān)系同樣正確 物質(zhì)波也是一種概率波 波動(dòng)性 干涉 波動(dòng)性 干涉 判斷下列說(shuō)法的正誤 1 一切宏觀物體都伴隨一種波 即物質(zhì)波 2 湖面上的水波就是物質(zhì)波 3 電子的衍射現(xiàn)象證實(shí)了實(shí)物粒子具有波動(dòng)性 1 定義 在經(jīng)典物理學(xué)中 可以同時(shí)用質(zhì)點(diǎn)的位置和動(dòng)量精確描述它的運(yùn)動(dòng) 在微觀物理學(xué)中 要同時(shí)測(cè)出微觀粒子的位置和動(dòng)量是不太可能的 這種關(guān)系叫 關(guān)系 2 表達(dá)式 其中以 x表示粒子 的不確定量 以 px表示粒子在x方向上的 的不確定量 h是 不確定 x px 二 不確定關(guān)系 位置 動(dòng)量 普朗克常量 3 微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本特征 不再遵守 定律 不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的 和 不可能用 軌跡 來(lái)描述粒子的運(yùn)動(dòng) 微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只能通過(guò) 做統(tǒng)計(jì)性的描述 牛頓運(yùn)動(dòng) 位置 概率 動(dòng)量 題型探究 1 德布羅意假說(shuō)是光的波粒二象性的推廣 即光子和實(shí)物粒子都既具有粒子性 又具有波動(dòng)性 即具有波粒二象性 與光子對(duì)應(yīng)的波是電磁波 與實(shí)物粒子對(duì)應(yīng)的波是物質(zhì)波 2 德布羅意波是一種概率波 粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受波動(dòng)規(guī)律支配 不要以宏觀觀點(diǎn)中的波來(lái)理解德布羅意波 一 對(duì)德布羅意波的理解 例1質(zhì)量為10g 速度為300m s在空中飛行的子彈 其德布羅意波長(zhǎng)是多少 為什么我們無(wú)法觀察到其波動(dòng)性 解析 答案 答案2 21 10 34m由于子彈的德布羅意波長(zhǎng)極短 無(wú)法觀察到其波動(dòng)性 解析由德布羅意波長(zhǎng)公式可得因子彈的德布羅意波長(zhǎng)極短 故無(wú)法觀察到其波動(dòng)性 針對(duì)訓(xùn)練 多選 下列說(shuō)法中正確的是a 物質(zhì)波也叫德布羅意波b 物質(zhì)波也是概率波c 光波是一種概率波d 光波也是物質(zhì)波 解析 答案 解析物質(zhì)波 又稱德布羅意波 是概率波 指空間中某點(diǎn)某時(shí)刻可能出現(xiàn)的幾率 其中概率的大小受波動(dòng)規(guī)律的支配 故a b正確 光波具有波粒二象性 波動(dòng)性表明光波是一種概率波 故c正確 由于光子的特殊性 其靜止質(zhì)量為零 所以光不是物質(zhì)波 故d錯(cuò)誤 德布羅意波長(zhǎng)的計(jì)算 1 首先計(jì)算物體的速度 再計(jì)算其動(dòng)量 如果知道物體動(dòng)能也可以直接用p 計(jì)算其動(dòng)量 2 再根據(jù) 計(jì)算德布羅意波長(zhǎng) 3 需要注意的是 德布羅意波長(zhǎng)一般都很短 比一般的光波波長(zhǎng)還要短 可以根據(jù)結(jié)果的數(shù)量級(jí)大致判斷結(jié)果是否合理 1 單縫衍射現(xiàn)象中 粒子在擋板左側(cè)的位置是完全不確定的 即通過(guò)擋板前粒子的位置具有不確定性 2 單縫衍射現(xiàn)象中 粒子通過(guò)狹縫后 在垂直原來(lái)運(yùn)動(dòng)方向的動(dòng)量是不確定的 即通過(guò)擋板后粒子的動(dòng)量具有不確定性 3 微觀粒子運(yùn)動(dòng)的位置不確定量 x和動(dòng)量的不確定量 px的關(guān)系式 x px 其中h是普朗克常量 這個(gè)關(guān)系式叫不確定關(guān)系 4 不確定關(guān)系告訴我們 如果要更準(zhǔn)確地確定粒子的位置 即 x更小 那么動(dòng)量的測(cè)量一定會(huì)更不準(zhǔn)確 即 px更大 也就是說(shuō) 不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動(dòng)量 也不可能用 軌跡 來(lái)描述粒子的運(yùn)動(dòng) 二 對(duì)不確定關(guān)系的理解 例2 多選 根據(jù)不確定關(guān)系 x px 判斷下列說(shuō)法正確的是a 采取辦法提高測(cè)量 x精度時(shí) px的精度下降b 采取辦法提高測(cè)量 x精度時(shí) px的精度上升c x與 px測(cè)量精度與測(cè)量?jī)x器及測(cè)量方法是否完備有關(guān)d x與 px測(cè)量精度與測(cè)量?jī)x器及測(cè)量方法是否完備無(wú)關(guān) 解析 答案 解析不確定關(guān)系表明 無(wú)論采用什么方法試圖確定位置坐標(biāo)和相應(yīng)動(dòng)量中的一個(gè) 必然引起另一個(gè)較大的不確定性 這樣的結(jié)果與測(cè)量?jī)x器及測(cè)量方法是否完備無(wú)關(guān) 無(wú)論怎樣改善測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法 都不可能逾越不確定關(guān)系所給出的限度 故a d正確 例3質(zhì)量為10g的子彈與電子的速率相同 均為500m s 測(cè)量準(zhǔn)確度為0 01 若位置和速率在同一實(shí)驗(yàn)中同時(shí)測(cè)量 試問(wèn)它們位置的最小不確定量各為多少 電子質(zhì)量為m 9 1 10 31kg 結(jié)果保留三位有效數(shù)字 解析 答案 答案1 06 10 31m1 16 10 3m 解析測(cè)量準(zhǔn)確度也就是速度的不確定性 故子彈 電子的速度不確定量為 v 0 05m s 子彈的動(dòng)量的不確定量 px1 5 10 4kg m s 電子動(dòng)量的不確定量 px2 4 55 10 32kg m s 由 x 子彈位置的最小不確定量 x1 m 1 06 10 31m 電子位置的最小不確定量 x2 m 1 16 10 3m 理解不確定關(guān)系時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 1 對(duì)子彈這樣的宏觀物體 不確定量是微不足道的 對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性沒(méi)有任何限制 但對(duì)微觀粒子卻是不可忽略的 2 在微觀世界中 粒子質(zhì)量較小 不能同時(shí)精確地測(cè)出粒子的位置和動(dòng)量 也就不能準(zhǔn)確地把握粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 1 下列關(guān)于德布羅意波的認(rèn)識(shí) 正確的解釋是a 任何一個(gè)物體都有一種波和它對(duì)應(yīng) 這就是物質(zhì)波b x光的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的c 電子的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的d 宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí) 看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象 所以宏觀物體不具有波動(dòng)性 1 2 解析 答案 3 4 解析運(yùn)動(dòng)著的物體才具有波動(dòng)性 a項(xiàng)錯(cuò)誤 宏觀物體由于動(dòng)量太大 德布羅意波長(zhǎng)太小 所以看不到它的干涉 衍射現(xiàn)象 但仍有波動(dòng)性 d項(xiàng)錯(cuò) x光是波長(zhǎng)極短的電磁波 是光子 它的衍射不能證實(shí)物質(zhì)波的存在 b項(xiàng)錯(cuò) 只有c項(xiàng)正確 1 2 3 4 2 多選 關(guān)于不確定性關(guān)系 x px 有以下幾種理解 正確的是a 微觀粒子的動(dòng)量不可確定b 微觀粒子的位置坐標(biāo)不可確定c 微觀粒子的動(dòng)量和位置不可能同時(shí)確定d 不確定關(guān)系不僅適用于電子和光子等微觀粒子 也適用于其他宏觀粒子 1 2 解析 答案 3 4 解析不確定關(guān)系表示位置 動(dòng)量的精度相互制約 此長(zhǎng)彼消 當(dāng)粒子的位置不確定性更小時(shí) 粒子動(dòng)量的不確定性更大 反之亦然 故不能同時(shí)準(zhǔn)確確定粒子的位置和動(dòng)量 不確定關(guān)系是自然界中的普遍規(guī)律 對(duì)微觀世界的影響顯著 對(duì)宏觀世界的影響可忽略 故c d正確 1 2 3 4 3 電子經(jīng)電勢(shì)差為u 200v的電場(chǎng)加速 電子質(zhì)量m0 9 1 10 31kg 求此電子的德布羅意波長(zhǎng) 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 試求下列情況中速度測(cè)定的不確定量 并根據(jù)計(jì)算結(jié)果 討論在宏觀和微觀世界中進(jìn)行測(cè)量的不同情況 1 一個(gè)球的質(zhì)量m 1 0kg 測(cè)定其位置的不確定量為10 6m 解析 答案 答案見(jiàn)解析 1 2 3 4 解析由 x px 得 球的速度測(cè)定的不確定量這個(gè)速度不確定量在宏觀世界