滬科版選修35 實物是粒子還是波 課件 （共31張）.pptx

第2章 2 4實物是粒子還是波 學習目標1 知道實物粒子具有波動性 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 知識探究 題型探究 達標檢測 知識探究 一 德布羅意波 德布羅意認為任何運動著的物體均具有波動性 可是我們觀察運動著的汽車 并未感覺到它的波動性 你如何理解該問題 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性 宏觀物體 汽車 也存在波動性 只是因為宏觀物體質(zhì)量大 動量大 波長短 難以觀測 答案 對物質(zhì)波的認識1 粒子的波動性 1 任何一個 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 頻率的計算公式為 3 我們之所以看不到宏觀物體的波動性 是因為宏觀物體的動量太 德布羅意波長太 的緣故 物質(zhì)波 運動著 大 小 2 物質(zhì)波的實驗驗證 1 實驗探究思路 衍射是波特有的現(xiàn)象 如果實物粒子具有波動性 則在一定條件下 也應(yīng)該發(fā)生 或衍射現(xiàn)象 2 實驗驗證 1927年戴維孫和湯姆生分別利用晶體做了電子束衍射的實驗 得到了電子的衍射圖樣 證實了電子的 3 說明 人們陸續(xù)證實了質(zhì)子 中子以及原子 分子的 對于這些粒子 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 波動性 干涉 波動性 干涉 判斷下列說法的正誤 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)象證實了實物粒子具有波動性 1 定義 在經(jīng)典物理學中 可以同時用質(zhì)點的位置和動量精確描述它的運動 在微觀物理學中 要同時測出微觀粒子的位置和動量是不太可能的 這種關(guān)系叫 關(guān)系 2 表達式 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 動量 普朗克常量 3 微觀粒子運動的基本特征 不再遵守 定律 不可能同時準確地知道粒子的 和 不可能用 軌跡 來描述粒子的運動 微觀粒子的運動狀態(tài)只能通過 做統(tǒng)計性的描述 牛頓運動 位置 概率 動量 題型探究 1 德布羅意假說是光的波粒二象性的推廣 即光子和實物粒子都既具有粒子性 又具有波動性 即具有波粒二象性 與光子對應(yīng)的波是電磁波 與實物粒子對應(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)的概率受波動規(guī)律支配 不要以宏觀觀點中的波來理解德布羅意波 一 對德布羅意波的理解 例1質(zhì)量為10g 速度為300m s在空中飛行的子彈 其德布羅意波長是多少 為什么我們無法觀察到其波動性 解析 答案 答案2 21 10 34m由于子彈的德布羅意波長極短 無法觀察到其波動性 解析由德布羅意波長公式可得因子彈的德布羅意波長極短 故無法觀察到其波動性 針對訓練 多選 下列說法中正確的是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 指空間中某點某時刻可能出現(xiàn)的幾率 其中概率的大小受波動規(guī)律的支配 故a b正確 光波具有波粒二象性 波動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錯誤 德布羅意波長的計算 1 首先計算物體的速度 再計算其動量 如果知道物體動能也可以直接用p 計算其動量 2 再根據(jù) 計算德布羅意波長 3 需要注意的是 德布羅意波長一般都很短 比一般的光波波長還要短 可以根據(jù)結(jié)果的數(shù)量級大致判斷結(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 粒子通過狹縫后 在垂直原來運動方向的動量是不確定的 即通過擋板后粒子的動量具有不確定性 3 微觀粒子運動的位置不確定量 x和動量的不確定量 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 如果要更準確地確定粒子的位置 即 x更小 那么動量的測量一定會更不準確 即 px更大 也就是說 不可能同時準確地知道粒子的位置和動量 也不可能用 軌跡 來描述粒子的運動 二 對不確定關(guān)系的理解 例2 多選 根據(jù)不確定關(guān)系 x px 判斷下列說法正確的是a 采取辦法提高測量 x精度時 px的精度下降b 采取辦法提高測量 x精度時 px的精度上升c x與 px測量精度與測量儀器及測量方法是否完備有關(guān)d x與 px測量精度與測量儀器及測量方法是否完備無關(guān) 解析 答案 解析不確定關(guān)系表明 無論采用什么方法試圖確定位置坐標和相應(yīng)動量中的一個 必然引起另一個較大的不確定性 這樣的結(jié)果與測量儀器及測量方法是否完備無關(guān) 無論怎樣改善測量儀器和測量方法 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 測量準確度為0 01 若位置和速率在同一實驗中同時測量 試問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 解析測量準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 子彈的動量的不確定量 px1 5 10 4kg m s 電子動量的不確定量 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)系時應(yīng)注意的問題 1 對子彈這樣的宏觀物體 不確定量是微不足道的 對測量準確性沒有任何限制 但對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 不能同時精確地測出粒子的位置和動量 也就不能準確地把握粒子的運動狀態(tài) 達標檢測 1 下列關(guān)于德布羅意波的認識 正確的解釋是a 任何一個物體都有一種波和它對應(yīng) 這就是物質(zhì)波b x光的衍射證實了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的c 電子的衍射證實了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的d 宏觀物體運動時 看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象 所以宏觀物體不具有波動性 1 2 解析 答案 3 4 解析運動著的物體才具有波動性 a項錯誤 宏觀物體由于動量太大 德布羅意波長太小 所以看不到它的干涉 衍射現(xiàn)象 但仍有波動性 d項錯 x光是波長極短的電磁波 是光子 它的衍射不能證實物質(zhì)波的存在 b項錯 只有c項正確 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 微觀粒子的動量不可確定b 微觀粒子的位置坐標不可確定c 微觀粒子的動量和位置不可能同時確定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 動量的精度相互制約 此長彼消 當粒子的位置不確定性更小時 粒子動量的不確定性更大 反之亦然 故不能同時準確確定粒子的位置和動量 不確定關(guān)系是自然界中的普遍規(guī)律 對微觀世界的影響顯著 對宏觀世界的影響可忽略 故c d正確 1 2 3 4 3 電子經(jīng)電勢差為u 200v的電場加速 電子質(zhì)量m0 9 1 10 31kg 求此電子的德布羅意波長 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定的不確定量 并根據(jù)計算結(jié)果 討論在宏觀和微觀世界中進行測量的不同情況 1 一個球的質(zhì)量m 1 0kg 測定其位置的不確定量為10 6m 解析 答案 答案見解析 1 2 3 4 解析由 x px 得 球的速度測定的不確定量這個速度不確定量在宏觀世界