2013-2014學(xué)年高二物理粵教版選修3-5同步課件：第2章-第5節(jié)-德布羅意波(30張ppt)

1、第五節(jié)德布羅意波第五節(jié)德布羅意波1知道實(shí)物粒子和光子一樣具有波動(dòng)性2知道德布羅意波長(zhǎng)和粒子動(dòng)量的關(guān)系3知道電子云的概念4初步了解不確定性關(guān)系自然界中在許多方面都是明顯對(duì)稱的既然光具有波粒二象性，那么實(shí)物粒子，如電子，是否也具有波粒二象性呢？那么它的運(yùn)動(dòng)還遵守牛頓運(yùn)動(dòng)定律嗎？還能用質(zhì)點(diǎn)的位置和動(dòng)量來(lái)描述它的運(yùn)動(dòng)嗎？回答是否定的光子的運(yùn)動(dòng)具有不確定性這節(jié)課我們就來(lái)學(xué)習(xí)有關(guān)知識(shí)一、德布羅意波假說(shuō)1德布羅意提出一個(gè)大膽假設(shè)：任何一個(gè)_都和_相對(duì)應(yīng)，這種波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波2德布羅意波的波長(zhǎng)計(jì)算公式： _.二、電子衍射美國(guó)工程師戴維孫和英國(guó)物理學(xué)家湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子在_上的衍射圖樣，證明德布羅意假

2、說(shuō)的正確性這有力地證明了實(shí)物粒子也具有_性一個(gè)波實(shí)物粒子波動(dòng)晶體三、電子云1對(duì)微觀粒子的量子描述和對(duì)宏觀物體的經(jīng)典描述是完全不同的，量子描述只能給出微觀粒子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的概率無(wú)法給出微觀粒子的運(yùn)動(dòng)軌道2用一些小圓點(diǎn)來(lái)表示概率分布，概率大的地方小圓點(diǎn)_，概率小的地方小圓點(diǎn)_，這樣的_稱為電子云四、不確定性關(guān)系對(duì)光子位置的測(cè)量越精確，其動(dòng)量的不確定性就越大，反之亦然如果用x表示微觀粒子位置的不確定性，用p表示微觀粒子動(dòng)量的不確定性，則兩者之間的關(guān)系為：_.稱為微觀粒子的不確定性關(guān)系概率分布圖密一些疏一些德布羅意波的理解與應(yīng)用任何一個(gè)實(shí)物粒子都和一個(gè)波相對(duì)應(yīng)，這種波稱為物質(zhì)波，又叫德布羅意波波長(zhǎng)

3、，其中h為普朗克常量，p為該物體的動(dòng)量1927年美國(guó)物理學(xué)家戴維孫和英國(guó)物理學(xué)家湯姆生分別獲得了電子束在晶體上衍射圖樣(如右圖所示)，從而驗(yàn)證了實(shí)物粒子電子的波動(dòng)性不僅是電子，其他的一切微觀粒子如質(zhì)子、中子、原子、分子等都具有波粒二象性它們?cè)诳臻g各點(diǎn)出現(xiàn)的概率都可用波動(dòng)規(guī)律描述，因此物質(zhì)波是概率波宏觀物體的物質(zhì)波波長(zhǎng)均可用 計(jì)算，但宏觀物體的物質(zhì)波，波長(zhǎng)極小，不易觀察到它的波動(dòng)性 一質(zhì)量為450 g的足球以10 m/s的速度在空中飛行；一個(gè)初速為零的電子，通過(guò)電壓為100 V的加速電場(chǎng)，試分別計(jì)算它們的德布羅意波長(zhǎng)解析：物體的動(dòng)量pmv，其德布羅意波長(zhǎng)： ，足球的德布羅意波長(zhǎng)： m1.4710

4、34 m電子經(jīng)電場(chǎng)加速后，速度增加為v2，根據(jù)動(dòng)能定理 mv2eUp2m2v2該電子的德布羅意波長(zhǎng) 1.21010 m.答案：1.471034 m, 1.21010 mhp1下列關(guān)于物質(zhì)波的認(rèn)識(shí)，錯(cuò)誤的是()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BX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物質(zhì)波是一種概率波課堂訓(xùn)練解析：由德布羅意波的定義可知，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，德布羅意波(即物質(zhì)波)是一種概率波，物體的運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的；電子的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的存在故A、C、D正確答案：B不確定關(guān)系的理解與應(yīng)用經(jīng)典力學(xué)中運(yùn)動(dòng)物體有完全確定的位置、動(dòng)量、能

5、量等微觀粒子中位置、動(dòng)量等具有不確定量(概率)，也就是不能同時(shí)用位置和動(dòng)量來(lái)描述粒子的運(yùn)動(dòng)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不可能同時(shí)具有確定的位置和動(dòng)量如果以x表示粒子位置的不確定量，以p表示粒子在x軸方向上的動(dòng)量的不確定量，那么xp ，h為普朗克常量粒子位置的不確定量x越小(微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)得愈準(zhǔn)確)，動(dòng)量的不確定量px就越大，反之亦然但這里要注意，不確定關(guān)系不是說(shuō)微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)不準(zhǔn)；也不是說(shuō)微觀粒子的動(dòng)量測(cè)不準(zhǔn)；更不是說(shuō)微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量都測(cè)不準(zhǔn)；而是說(shuō)微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)測(cè)準(zhǔn)這是因?yàn)槲⒂^粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量本來(lái)就不同時(shí)具有確定量這本質(zhì)上是微觀粒子具有波粒二象性及粒子空間分布遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律的必然反映不

6、確定關(guān)系提供了一個(gè)判據(jù)：當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制可以忽略時(shí)，則可以用經(jīng)典理論來(lái)研究粒子的運(yùn)動(dòng)當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制不可以忽略時(shí)，那只能用量子力學(xué)理論來(lái)處理問(wèn)題微觀粒子和宏觀物體的特性對(duì)比：宏觀物體微觀粒子具有確定的坐標(biāo)和動(dòng)量，可用牛頓力學(xué)描述.沒有確定的坐標(biāo)和動(dòng)量，需用量子力學(xué)描述有連續(xù)可測(cè)的運(yùn)動(dòng)軌道，可追蹤各個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡.有概率分布特性，不可能分辨出各個(gè)粒子的軌跡體系能量可以為任意的、連續(xù)變化的數(shù)值.能量量子化 .不確定性關(guān)系無(wú)實(shí)際意義.遵循不確定性關(guān)系.由不確定關(guān)系可知，原子中的電子在原子核的周圍運(yùn)動(dòng)是不確定的，因而不能用“軌道”來(lái)描述它的運(yùn)動(dòng)電子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的概率是不同的當(dāng)原子處于穩(wěn)

7、定狀態(tài)時(shí)，電子會(huì)形成一個(gè)穩(wěn)定的概率分布人們常用一些小圓點(diǎn)來(lái)表示這種概率分布，概率大的地方小圓點(diǎn)密一些；概率小的地方小圓點(diǎn)疏一些，這樣的概率分布圖稱為電子云電子云是原子核核外電子位置不確定的反映解析：子彈的動(dòng)量：pmv0.01200 kgm/s2.0 kgm/s動(dòng)量的不確定范圍p0.01%p1.01042 kgm/s2.0104 kgm/s由不確定關(guān)系式xp ，得子彈位置的不確定范圍x m2.61031 m.答案：x2.61031 m 一顆質(zhì)量為10 g的子彈，具有200 m/s的速率，若其動(dòng)量的不確定范圍為動(dòng)量的0.01%(這在宏觀范圍是十分精確的了)，則該子彈位置的不確定量范圍為多大？1(雙

8、選）下列說(shuō)法正確的是()A牛頓運(yùn)動(dòng)定律適用于一切實(shí)物粒子的運(yùn)動(dòng)B牛頓運(yùn)動(dòng)定律適用于一切宏觀物體的運(yùn)動(dòng)C牛頓運(yùn)動(dòng)定律僅適用于宏觀物體的低速運(yùn)動(dòng)D研究微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律應(yīng)用量子力學(xué)解析：牛頓運(yùn)動(dòng)定律是在宏觀物體低速運(yùn)動(dòng)的情況下總結(jié)出來(lái)的規(guī)律，它不適用于微觀粒子的高速運(yùn)動(dòng)答案：CD2（雙選）關(guān)于德布羅意波，正確的解釋是()A運(yùn)動(dòng)的物體都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這就是物質(zhì)波B微觀粒子都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這就是物質(zhì)波C德布羅意波是概率波，與機(jī)械波性質(zhì)相同D宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的物質(zhì)波長(zhǎng)太短，很難觀察到它的波動(dòng)性解析：德布羅意波是概率波，以子彈為例，并不是說(shuō)子彈沿波浪形軌道前進(jìn)，故與機(jī)械波性質(zhì)不相同，C錯(cuò)答案：A

9、D3. 下列說(shuō)法正確的是()A物質(zhì)波是屬于機(jī)械波B只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀粒子才具有波動(dòng)性C德布羅意認(rèn)為，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星，太陽(yáng)都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這種波叫做物質(zhì)波D宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)不具有波動(dòng)性解析：物質(zhì)波是一切運(yùn)動(dòng)著的物體所具有的波，與機(jī)械波性質(zhì)不同，宏觀物體也具有波動(dòng)性，只是干涉、衍射現(xiàn)象不明顯，看不出來(lái)答案：C4下列關(guān)于機(jī)械波和物質(zhì)波的說(shuō)法中，正確的是()A介質(zhì)是物質(zhì)，所以機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播形成的波叫做物質(zhì)波B宏觀物體形成的波叫機(jī)械波，微觀物質(zhì)形成的波叫微波C物質(zhì)波是運(yùn)動(dòng)的粒子在空間分布的概率，受波動(dòng)規(guī)

10、律支配D物質(zhì)波是概率波，而光波不是解析：機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播形成的波叫做機(jī)械波故A錯(cuò). 任何一個(gè)實(shí)物粒子都和一個(gè)波相對(duì)應(yīng)，這種波稱為物質(zhì)波，又叫德布羅意波不是宏觀物體形成的波就叫機(jī)械波，而微觀物體形成的波就叫微波，B錯(cuò)物質(zhì)波是概率波，而光波也是，D錯(cuò)答案：C5電子的運(yùn)動(dòng)受波動(dòng)性的支配，對(duì)氫原子的核外電子，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A電子繞核運(yùn)動(dòng)的“軌道”其實(shí)是沒有意義的B電子軌道只不過(guò)是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置C電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)電子邊運(yùn)動(dòng)邊振動(dòng)D電子在核外的位置是不確定的解析：由微觀粒子運(yùn)動(dòng)的不確定關(guān)系可知答案：C6經(jīng)150 V電壓加速的電子束，沿同一方向射出，穿過(guò)鋁箔后射到其后的屏上，則()A所

11、有電子的運(yùn)動(dòng)軌跡均相同B所有電子到達(dá)屏上的位置坐標(biāo)均相同C電子到達(dá)屏上的位置坐標(biāo)可用牛頓運(yùn)動(dòng)定律確定D電子到達(dá)屏上的位置受波動(dòng)規(guī)律支配，無(wú)法用確定的坐標(biāo)來(lái)描述能力提升解析： 產(chǎn)生錯(cuò)解的主要原因是把電子當(dāng)成宏觀物體，認(rèn)為經(jīng)150 V電壓加速后電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，而錯(cuò)選A、B、C.答案： D7若某個(gè)質(zhì)子的動(dòng)能與某個(gè)氦核的動(dòng)能相等，則這兩個(gè)粒子的德布羅意波長(zhǎng)之比()A1:2 B2:1C1:4 D4:1解析：由pmv 可求又質(zhì)子和氦核的質(zhì)量是1:4.動(dòng)量之比為1:2，則波長(zhǎng)之比為2:1.答案：B8. 在中子衍射技術(shù)中，常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波長(zhǎng)與晶體中原子間距相近，已知中子質(zhì)量m1.671027 kg，普朗克常量h6.631034 Js，可以估算出德布羅意波長(zhǎng)1.821010 m的熱中子的動(dòng)量的數(shù)量級(jí)可能是()A1017 kgm/sB1018 kgm/sC1020 kgm/sD1024 kg