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2018-2019版高中物理 第2章 波和粒子 2.4 實物是粒子還是波課件 滬科版選修3-5.ppt

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1、2.4實物是粒子還是波,第2章波和粒子,[學(xué)習(xí)目標(biāo)]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,,知識探究新知探究點點落實,題型探究重點難點各個擊破,達標(biāo)檢測當(dāng)堂檢測鞏固反饋,知識探究,一、德布羅意波,[導(dǎo)學(xué)探究]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,[知識梳理]對物質(zhì)波的認識1.粒子的波動性(1)任何一個的

2、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λ=,ν=.(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.,運動著,物質(zhì)波,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①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ν=和λ=關(guān)系同樣正確.②物質(zhì)波也是一種概率波.,干涉,干涉,波動性,

3、波動性,[即學(xué)即用]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.(),,,答案,√,[導(dǎo)學(xué)探究]1.如果光子是經(jīng)典的粒子,它在從光源飛出后應(yīng)該做勻速直線運動,它在屏上的落點應(yīng)該在縫的投影之內(nèi),即屏上亮條紋寬度與縫寬相同.但是實際,它到達屏上的位置超出單縫投影的范圍,,二、不確定關(guān)系,圖1,形成了中間寬、兩側(cè)窄、明暗相間的衍射條紋,如圖1所示.微觀粒子的運動是否遵循牛頓運動定律?能否用經(jīng)典物理學(xué)的方法準(zhǔn)確確定粒子到達屏上的位置和動量?,答案,答案按照牛頓運動定律,如果光子是經(jīng)典的粒子,光在運動過

4、程中不受力,光子應(yīng)該做勻速直線運動.而由光的衍射可知,光子運動并不遵從牛頓運動定律,即對于微觀粒子的運動,不能用經(jīng)典物理學(xué)的方法確定其位置及動量.,答案變大,2.單縫衍射時,屏上各點的亮度反映了粒子到達這點的概率.圖2是粒子到達屏上的概率在坐標(biāo)系中的表示.,答案,(1)如果狹縫變窄,粒子的衍射圖樣中,中央亮條紋變寬.這說明當(dāng)粒子的位置不確定量減小時,動量的不確定量如何變化?,圖2,(2)通過狹縫后,單個粒子的運動情況能否預(yù)知?粒子出現(xiàn)在屏上的位置遵循什么規(guī)律?,答案,(3)粒子位置的不確定量Δx與動量的不確定量Δp有什么關(guān)系?,答案不能粒子出現(xiàn)在屏上的位置遵循統(tǒng)計規(guī)律,[知識梳理]1.定義:在

5、經(jīng)典物理學(xué)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(xué)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Δx表示粒子的不確定量,以Δpx表示粒子在x方向上的的不確定量,h是.3.微觀粒子運動的基本特征:不再遵守定律,不可能同時準(zhǔn)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.,不確定,ΔxΔpx,位置,動量,普朗克常量,牛頓運動,位置,動量,概率,題型探究,一、對德布羅意波的理解,1.任何物體,小到電子、質(zhì)子,大到行星、太陽都存在波動性,我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性,是因為宏觀物體對應(yīng)的波長

6、太小.2.物質(zhì)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,不能以宏觀觀點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,即光子與實物粒子都具有粒子性,又都具有波動性,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.,例1(多選)關(guān)于物質(zhì)波,下列認識中正確的是A.任何運動的物體(質(zhì)點)都伴隨一種波,這種波叫物質(zhì)波B.X射線的衍射實驗,證實了物質(zhì)波假設(shè)是正確的C.電子的衍射實驗,證實了物質(zhì)波假設(shè)是正確的D.宏觀物體盡管可以看做物質(zhì)波,但它們不具有干涉、衍射等現(xiàn)象,答案,解析,√,√,解析據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論知,任何一個運動的物體,小到

7、電子、質(zhì)子,大到行星、太陽,都有一種波與之相對應(yīng),這種波就叫物質(zhì)波,A選項正確;由于X射線本身就是一種波,而不是實物粒子,故X射線的衍射現(xiàn)象并不能證實物質(zhì)波理論的正確性,即B選項錯誤;電子是一種實物粒子,電子的衍射現(xiàn)象表明運動著的實物粒子具有波動性,故C選項正確;由電子穿過鋁箔的衍射實驗知,少量電子穿過鋁箔后所落位置是散亂的,無規(guī)律的,但大量電子穿過鋁箔后落的位置則呈現(xiàn)出衍射圖樣,即大量電子的行為表現(xiàn)出電子的波動性,干涉、衍射是波的特有現(xiàn)象,只要是波,都會發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象,故選項D錯誤.,例2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

8、?,答案2.2110-34m由于子彈的德布羅意波長極短,無法觀察到其波動性,答案,解析,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(xùn)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,答案,解析,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

9、接用p=計算其動量.2.再根據(jù)λ=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.粒子位置的不確定性:單縫衍射現(xiàn)象中,入射的粒子有確定的動量,但它們經(jīng)過狹縫后可以處于任何位置,也就是說,粒子的位置是完全不確定的.2.粒子動量的不確定性:(1)微觀粒子具有波動性,會發(fā)生衍射.大部分粒子到達狹縫之前沿水平方向運動,而在經(jīng)過狹縫之后,有些粒子跑到投影位置以外.這些粒子具有與其原來運動方向垂直的動量.(2)由于哪個粒子到達屏上的哪個位置是完全隨機的,所以粒子在垂直方向上的動量也具有不確定性,不確定量的大小可以由中央亮條

10、紋的寬度來衡量.,二、對不確定關(guān)系的理解,3.位置和動量的不確定性關(guān)系:ΔxΔp≥.由ΔxΔp≥可以知道,在微觀領(lǐng)域,要準(zhǔn)確地確定粒子的位置,動量的不確定性就更大;反之,要準(zhǔn)確地確定粒子的動量,那么位置的不確定性就更大.4.微觀粒子的運動沒有特定的軌道:由不確定性關(guān)系ΔxΔp≥可知,微觀粒子的位置和動量是不能同時被確定的,這也就決定了不能用“軌跡”的觀點來描述粒子的運動.,例3(多選)根據(jù)不確定性關(guān)系ΔxΔp≥,判斷下列說法正確的是A.采取辦法提高測量Δx精度時,Δp的精度下降B.采取辦法提高測量Δx精度時,Δp的精度上升C.Δx與Δp測量精度與測量儀器及測量方法是否完備有關(guān)D.Δx與Δp測量

11、精度與測量儀器及測量方法是否完備無關(guān),解析不確定性關(guān)系表明,無論采用什么方法試圖確定位置坐標(biāo)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性關(guān)系所給出的限度.故A、D正確.,答案,解析,√,√,這個速度不確定在宏觀世界中微不足道,可認為球的速度是確定的,其運動遵從經(jīng)典物理學(xué)理論.,例4已知=5.310-35Js,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.,答案,解析,答案見解析,解

12、析m=1.0kg,Δx1=10-6m,,這個速度不確定量不可忽略,不能認為原子中的電子具有確定的速度,其運動不能用經(jīng)典物理學(xué)理論處理.,(2)電子的質(zhì)量me=9.010-31kg,測定其位置的不確定量為10-10m.,答案,解析,答案見解析,解析me=9.010-31kg,Δx2=10-10m,理解不確定性關(guān)系時應(yīng)注意的問題1.對球這樣的宏觀物體,不確定量是微不足道的,對測量準(zhǔn)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(zhǔn)確地把握粒子的運動狀態(tài).,達標(biāo)檢測,解析任何一個運動的物體都具有波動性,但因為宏觀物體的德布羅意

13、波長很短,所以很難看到它的衍射和干涉現(xiàn)象,所以C項對,B、D項錯;物質(zhì)波不同于宏觀意義上的波,故A項錯.,1.(物質(zhì)波的理解)下列說法中正確的是A.物質(zhì)波屬于機械波B.只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀粒子才具有波動性C.德布羅意認為任何一個運動的物體,小到電子、質(zhì)子、中子,大到行星、太陽都有一種波與之相對應(yīng),這種波叫物質(zhì)波D.宏觀物體運動時,看不到它的衍射和干涉現(xiàn)象,所以宏觀物體運動時不具有波動性,√,1,2,3,4,答案,解析,2.(物質(zhì)波的理解)1927年戴維孫和革末完成了電子衍射實驗,該實驗是榮獲諾貝爾獎的重大近代物理實驗之一.如圖3所示的是該實驗裝置的簡化圖.下列說法不正確的是A.亮條

14、紋是電子到達概率大的地方B.該實驗說明物質(zhì)波理論是正確的C.該實驗說明了光子具有波動性D.該實驗說明實物粒子具有波動性,√,1,2,3,4,答案,解析,圖3,解析該實驗說明物質(zhì)波理論是正確的,實物粒子也具有波動性,亮條紋是電子到達概率大的地方,不能說明光子具有波動性,故選C.,解析微觀粒子的波動性是一種概率波,對于微觀粒子的運動,牛頓運動定律已經(jīng)不適用了,所以氫原子的核外電子不能用確定的坐標(biāo)描述它們在原子中的位置,電子的“軌道”其實是沒意義的,電子軌道只不過是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置,綜上所述,C、D正確.,3.(物質(zhì)波的理解)(多選)電子的運動受波動性的支配,對于氫原子的核外電子,下列說法

15、正確的是A.氫原子的核外電子可以用確定的坐標(biāo)描述它們在原子中的位置B.電子繞核運動時,可以運用牛頓運動定律確定它的軌道C.電子繞核運動的“軌道”其實是沒有意義的D.電子軌道只不過是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置,√,√,1,2,3,4,答案,解析,4.(不確定性關(guān)系的理解)(多選)關(guān)于不確定性關(guān)系ΔxΔp≥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(biāo)不可確定C.微觀粒子的動量和位置不可能同時確定D.不確定性關(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,答案,解析,1,2,3,4,√,√,解析不確定性關(guān)系表示位置、動量的精度相互制約,此長彼消,當(dāng)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(zhǔn)確確定粒子的位置和動量,不確定性關(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,

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