新教材同步輔導(dǎo)2023年高中物理第四章波粒二象性第四節(jié)德布羅意波課件粵教版選擇性必修第三冊(cè)

第四章波粒二象性學(xué)習(xí)目標(biāo)物理與STSE1．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．(重點(diǎn)、難點(diǎn))3．初步了解不確定性關(guān)系(重點(diǎn))

2．電子衍射．(1)1927年，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)了電子在晶體上的衍射圖樣，證明德布羅意假說的正確性．這有力地證明了實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性．(2)波粒二象性是包括光子在內(nèi)的一切微觀粒子的共同特征，和光子一樣，對(duì)微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的最準(zhǔn)確的描述是概率波．1．在歷史上，最早證明了德布羅意波存在的實(shí)驗(yàn)是(

)A．弱光衍射實(shí)驗(yàn)B．電子束在晶體上的衍射實(shí)驗(yàn)C．弱光干涉實(shí)驗(yàn)D．以上選項(xiàng)都不正確解析：最早證明德布羅意波假說的是電子束在晶體上的衍射實(shí)驗(yàn)．故B正確．答案：B2．(多選)下述說法正確的是(

)A．宏觀物體的動(dòng)量和位置可準(zhǔn)確測(cè)定B．微觀粒子的動(dòng)量和位置可準(zhǔn)確測(cè)定C．微觀粒子的動(dòng)量和位置不可同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定D．宏觀粒子的動(dòng)量和位置不可同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定解析：宏觀物體在經(jīng)典力學(xué)中，位置和動(dòng)量可以同時(shí)精確測(cè)定，在量子理論建立以后，微觀粒子的動(dòng)量和位置要同時(shí)測(cè)出是不太可能的．答案：AC探究一對(duì)德布羅意波的理解1．對(duì)物質(zhì)波的理解．(1)任何物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)，都存在波動(dòng)性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動(dòng)性，是因?yàn)楹暧^物體對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)太小的緣故．(2)粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受統(tǒng)計(jì)規(guī)律支配，不要以宏觀觀點(diǎn)中的波來理解德布羅意波．(3)德布羅意假說是光子的波粒二象性的一種推廣，使之包括了所有的物質(zhì)粒子，即光子與實(shí)物粒子都具有粒子性，又都具有波動(dòng)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．?特別提醒

(1)在宏觀現(xiàn)象中，波與粒子是對(duì)立的概念，而在微觀世界中，波與粒子可以統(tǒng)一．(2)這里所說的粒子性和波動(dòng)性，既不是宏觀觀念的波，也不是宏觀觀念的粒子．光具有波粒二象性是指光在傳播過程中和同物質(zhì)作用時(shí)分別表現(xiàn)出波和粒子的特性．【典例1】一顆質(zhì)量為5.0kg的炮彈(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光在真空中的速度c＝3×108m/s)：(1)以200m/s的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的德布羅意波長(zhǎng)多大？(2)假設(shè)它以光速運(yùn)動(dòng)，它的德布羅意波長(zhǎng)多大？(3)若要使它的德布羅意波波長(zhǎng)與波長(zhǎng)是400nm的紫光波長(zhǎng)相等，則它必須以多大的速度運(yùn)動(dòng)？1．(多選)根據(jù)物質(zhì)波的理論，下列說法正確的是(

)A．微觀粒子有波動(dòng)性，宏觀物體沒有波動(dòng)性B．微觀粒子和宏觀物體都具有波動(dòng)性C．宏觀物體的波動(dòng)性不易被察覺，因?yàn)樗牟ㄩL(zhǎng)太長(zhǎng)D．速度相同的質(zhì)子和電子，電子的波動(dòng)性更為明顯解析：一切運(yùn)動(dòng)物體都有一種波與它相對(duì)應(yīng)，所以宏觀物體也具有波動(dòng)性，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；物質(zhì)波的波長(zhǎng)與其動(dòng)量成反比，因宏觀物體的動(dòng)量較大，所以其德布羅意波的波長(zhǎng)非常短，不易觀察到其波動(dòng)性，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；速度相同的質(zhì)子和電子，電子的質(zhì)量較小，動(dòng)量較小，物質(zhì)波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，故其波動(dòng)性明顯，選項(xiàng)D正確．答案：BD2．(多選)關(guān)于物質(zhì)波，下列認(rèn)識(shí)中錯(cuò)誤的是(

)A．任何運(yùn)動(dòng)的物體都伴隨一種波，這種波叫物質(zhì)波B．X射線的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的C．電子的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的D．與宏觀物體相聯(lián)系的物質(zhì)波不具有干涉、衍射等現(xiàn)象解析：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)，都有與其本身相聯(lián)系的波，這就是物質(zhì)波，故A正確；X射線的本質(zhì)是電磁波，X射線的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了X射線的波動(dòng)性，故B錯(cuò)誤；電子的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的，故C正確；物質(zhì)波具有干涉、衍射等現(xiàn)象，故D錯(cuò)誤．答案：BD3．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_意波波長(zhǎng)與晶體中原子間距相近．已知中子質(zhì)量m＝1.67×10－27kg，普朗克常量h＝6.63×10－14J·s，可以估算德布羅意波波長(zhǎng)λ＝1.82×10－10m的熱中子動(dòng)能的數(shù)量級(jí)為(

)A．10－17J

B．10－19JC．10－21J D．10－24J探究二對(duì)不確定性關(guān)系的理解1．經(jīng)典力學(xué)中運(yùn)動(dòng)物體有完全確定的位置、動(dòng)量、能量等．而微觀粒子中位置、動(dòng)量等具有不確定量(概率)．微觀粒子不可能同時(shí)具有確定的位置和動(dòng)量，粒子位置的不確定量Δx越小，動(dòng)量的不確定量Δpx就越大，反之亦然．不確定性關(guān)系是微觀粒子的波粒二象性及粒子空間分布遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律的必然結(jié)果．2．不確定性關(guān)系式表明．(1)微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)得越精確(Δx→0)，動(dòng)量就越不精確(Δpx→∞)．(2)微觀粒子的動(dòng)量測(cè)得越精確(Δpx→0)，坐標(biāo)就越不精確(Δx→∞)．(3)不確定性關(guān)系不是說微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)不精確；也不是說微觀粒子的動(dòng)量測(cè)不精確；更不是說微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量都測(cè)不精確；而是說微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)測(cè)精確．這是因?yàn)槲⒂^粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量本來就不同時(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．4．不確定性關(guān)系表明無(wú)論采用什么方法試圖確定坐標(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性關(guān)系所給出的限度．5．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【典例2】

(2022·北京順義高三期中)(1)用波長(zhǎng)為λ的光照射金屬表面所產(chǎn)生的光電子垂直進(jìn)入磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中作勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，其最大半徑為R，電子質(zhì)量為m，電量為e，光速為c，普朗克常量為h，求金屬的逸出功W；(2)一個(gè)光源以P0＝1.6W的功率向四周均勻地發(fā)射能量．在離光源距離R＝2.5m處放置一小鉀箔，鉀的逸出功W＝2.2eV，假設(shè)入射光的能量是連續(xù)地和平穩(wěn)地垂直傳給鉀箔，光的平均波長(zhǎng)為λ.②假設(shè)鉀箔完全吸收所有照射到它上面的能量．求：a．鉀箔在垂直入射光方向上單位面積上受到光的平均作用力(用題目中的物理符號(hào)表示)．b．按照經(jīng)典電磁理論，鉀箔只需吸收足夠的能量就可以逐出電子，若一個(gè)要被逐出的電子收集能量的圓形截面的半徑約為一個(gè)典型原子的半徑r＝5.0×10－11m，求：此光源照射條件下，用此光源照射時(shí)電子將被逐出的時(shí)間．c．根據(jù)你的計(jì)算