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第五節(jié) 德布羅意波,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,一、德布羅意波假說 任何一個實物粒子都和一種波相對應(yīng),這種波被稱為德布羅意波,也稱物質(zhì)波. 預(yù)習(xí)交流1 射擊運(yùn)動員射擊時會因為子彈的波動性而“失準(zhǔn)”嗎?為什么?根據(jù)現(xiàn)實情況下子彈質(zhì)量、速度大小所對應(yīng)的德布羅意波波長來做定性說明. 答案:不會.因為宏觀的子彈質(zhì)量和速度較大,動量較大,德布羅意波波長非常小.,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,二、電子衍射 電子衍射的發(fā)現(xiàn)證明了德布羅意波假說,實驗表明,其他一切微觀粒子也都具有波動性. 三、電子云 當(dāng)原子處于穩(wěn)定狀態(tài)時,電子會形成一個穩(wěn)定的概率分布,這種概率分布稱為電子云. 四、不確定關(guān)系的表達(dá)式 實驗發(fā)現(xiàn),對光子位置的測量越精確,其動量的不確定性就越大,反之亦然.微觀粒子的不確定性關(guān)系的表達(dá)式為____________.,目標(biāo)導(dǎo)航,預(yù)習(xí)導(dǎo)引,預(yù)習(xí)交流2 “在微觀物理學(xué)中,由于我們不可能同時準(zhǔn)確地知道某個粒子的位置和動量,粒子出現(xiàn)的位置是無規(guī)律可循的.”你是如何理解的? 答案:雖然我們不可能同時準(zhǔn)確地知道某個粒子的位置和動量,但粒子的運(yùn)動卻有規(guī)律可循,那就是統(tǒng)計規(guī)律,比如,衍射的亮斑位置就是粒子出現(xiàn)概率大的位置.,一,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,思考探究,二,一、物質(zhì)波 1.德布羅意假說的內(nèi)容 (1)實物粒子也具有波動性,即每一個運(yùn)動的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系,這種波叫做德布羅意波,也稱為物質(zhì)波. (2)粒子有能量和動量與對應(yīng)波的頻率和波長的關(guān)系為,一,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,思考探究,二,2.物質(zhì)波的實驗驗證 (1)證明思路:觀察實物粒子的衍射圖樣. 由 知,要使λ大,應(yīng)使m盡可能小,晶體中離子間距為10-10 m,因此可利用晶體作衍射光柵,檢驗電子的波動性. (2)物質(zhì)波的實驗驗證 戴維孫和G.P.湯姆生分別利用晶體做了電子束衍射的實驗,得到了類似如圖所示的衍射圖樣,從而證實了電子的波動性.,一,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,思考探究,二,3.對物質(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)的波長太小. (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)律的支配,不要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.,一,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,思考探究,二,(4)對于光,先有波動性(即ν和λ),再在量子理論中引入光子的能量ε和動量p來補(bǔ)充它的粒子性.反之,對于實物粒子,則先有粒子概念(即ε和p),再引入德布羅意波(即ν和λ)的概念來補(bǔ)充它的波動性.不過要注意這里所謂的波動和粒子,仍然都是經(jīng)典物理學(xué)的概念,所謂補(bǔ)充僅是形式上的.綜上所述,德布羅意的推想基本上是愛因斯坦1905年關(guān)于光子的波粒二象性理論(光粒子由波伴隨著)的一種推廣,使之包括了所有的物質(zhì)微觀粒子.,一,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,思考探究,二,4.物質(zhì)波也是概率波 對于電子、實物粒子等其他微觀粒子,同樣具有波粒二象性,所以與它們相聯(lián)系的物質(zhì)波也是概率波.也就是說,單個粒子位置是不確定的,具有偶然性;大量粒子運(yùn)動具有必然性,遵循統(tǒng)計規(guī)律.概率波將波動性與粒子性統(tǒng)一起來.,知識精要,遷移應(yīng)用,一,思考探究,典題例解,二,宏觀物體也具有波粒二象性嗎? 答案:宏觀物體由于運(yùn)動動量較大,根據(jù)德布羅意波波長與動量的關(guān)系 ,波長非常非常小,盡管不容易觀察到它們的干涉、衍射等波的現(xiàn)象,但它們?nèi)匀痪哂胁▌有?因此宏觀物體也具有波粒二象性.,知識精要,典題例解,思考探究,一,遷移應(yīng)用,二,【例1】 照相底片上的感光物質(zhì)中的AgBr分子在光照射下能分解,經(jīng)沖洗后就被記錄下來(這種現(xiàn)象稱為“光化效應(yīng)”,與光電效應(yīng)類似,只有入射光光子的能量大于某一數(shù)值,才能發(fā)生).已知分解一個AgBr分子所需的最小能量約為1.0×10-19 J,h=6.63×10-34 J·s,試探究分析這種照相底片感光的截止波長(即它能記錄的光的最大波長值). 解析:ε=hν,而c=λν,,答案:2.0×10-6 m,一,知識精要,典題例解,思考探究,遷移應(yīng)用,二,知識精要,遷移應(yīng)用,思考探究,一,二,典題例解,一質(zhì)量為450 g的足球以10 m/s的速度在空中飛行;一個初速度為零的電子,通過電壓為100 V的加速電場.試分別計算它們的德布羅意波波長.(已知me=9.1×10-31 kg,e=1.6×10-19 C,h=6.63×10-34 J·s) 答案:1.47×10-34 m 1.23×10-10 m 解析:物體的動量p=mv,,遷移應(yīng)用,思考探究,知識精要,一,二,典題例解,遷移應(yīng)用,思考探究,知識精要,一,二,典題例解,遷移應(yīng)用,思考探究,知識精要,一,二,典題例解,遷移應(yīng)用,思考探究,知識精要,一,二,典題例解,知識精要,遷移應(yīng)用,思考探究,一,典題例解,二,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,知識精要,一,二,,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,知識精要,一,二,,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,知識精要,一,二,,思考探究,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,一,二,思考探究,遷移應(yīng)用,典題例解,知識精要,一,二,知識鏈接,類題試解,案例探究,物質(zhì)波與顯微鏡 當(dāng)被觀察物太小時,衍射現(xiàn)象不能忽略,這樣物體的像就模糊了,影響了顯微鏡的分辨本領(lǐng). 電子顯微鏡是使用電子束工作的.電子束也是一種波,如果把它加速,電子動量很大,它的德布羅意波長就很短,衍射現(xiàn)象的影響就很小.,案例探究,知識鏈接,類題試解,影響顯微鏡分辨率本領(lǐng)的一個因素是衍射,衍射現(xiàn)象越明顯,分辨本領(lǐng)越低.使用電子束工作的電子顯微鏡有較高的分辨本領(lǐng),它利用高壓對電子束加速,最后打在感光膠片上來觀察顯微圖像.以下說法正確的是( ) A.加速電壓越高,電子的波長越長,分辨本領(lǐng)越強(qiáng) B.加速電壓越高,電子的波長越短,衍射現(xiàn)象越明顯 C.如果加速電壓相同,則用質(zhì)子流工作的顯微鏡比用電子流工作的顯微鏡分辨本領(lǐng)強(qiáng) D.如果加速電壓相同,則用質(zhì)子流工作的顯微鏡比用電子流工作的顯微鏡分辨本領(lǐng)弱,案例探究,知識鏈接,類題試解,解析:設(shè)加速電壓為U,電子電荷量為e,質(zhì)量為m,,對電子來說,加速電壓越高,λ越小,衍射現(xiàn)象越不明顯,故選項A、B錯誤;電子與質(zhì)子比較,因質(zhì)子質(zhì)量比電子質(zhì)量大得多,可知質(zhì)子加速后的波長要小得多,衍射現(xiàn)象不明顯,分辨本領(lǐng)強(qiáng),故選項C正確,選項D錯誤. 答案:C,案例探究,知識鏈接,類題試解,知識鏈接,案例探究,類題試解,電子和光一樣具有波粒二象性,它表現(xiàn)出波動性,就像X射線穿過晶體時會產(chǎn)生衍射一樣,這一類實物粒子的波動叫德布羅意波.質(zhì)量為m的電子以速度v運(yùn)動時,這種德布羅意波的波長可表示為 .已知電子質(zhì)量m=9.1×10-31 kg,電子電荷量e=1.6×10-19 C,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s. (1)計算具有100 eV動能的電子的動量p和波長λ; (2)若一個靜止的電子經(jīng)2 500 V電壓加速,求能量和這個電子動能相同的光子的波長及該光子的波長和這個電子的波長之比. 答案:(1)5.4×10-24 kg·m/s 1.2×10-10 m (2)5.0×10-10 m 20,知識鏈接,案例探究,類題試解,解析:(1)電子的動量,