《高中物理 第4章 波粒二象性 4 實物粒子的波粒二象性 5 不確定關(guān)系教師用書 教科版選修3-5》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第4章 波粒二象性 4 實物粒子的波粒二象性 5 不確定關(guān)系教師用書 教科版選修3-5（6頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

4.實物粒子的波粒二象性 5．不確定關(guān)系 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.理解德布羅意波，會計算物質(zhì)的波長會解釋相關(guān)現(xiàn)象，知道電子云．(重點、難點) 2．知道不確定關(guān)系的具體含義．(重點、難點) 德 布 羅 意 假 說 及 實 驗 驗 證 　電 子 云 1．德布羅意假說 實物粒子象光子一樣，也具有波粒二象性，與粒子相對應(yīng)的波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波． 2．德布羅意關(guān)系式 E＝hν　p＝ 3．電子波動性的實驗證實 (1)1926年，戴維孫和革末通過實驗首次發(fā)現(xiàn)了電子的衍射現(xiàn)象． (2)1927年，湯姆孫用實驗證明，電子在穿過金屬片后像X射線一樣產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，也證實了電子的波動性． (3)人們相繼用實驗證實原子、分子、中子等微觀粒子的波動性，德布羅意關(guān)系式已成為微觀粒子的波動性和粒子性之間關(guān)系的基本公式． 4．氫原子中的電子云 (1)概率波 同光波是概率波一樣，與實物粒子對應(yīng)的波(德布羅意波)也是一種概率波． (2)電子云 ①定義 電子在原子核周圍出現(xiàn)的概率密度分布． ②電子的分布 電子在空間運動的過程中，概率密度大(小)的地方，電子運動在那里的機會就多(少)，電子云反映了原子核外電子位置的可能性． 1．電子不但具有粒子性也具有波動性．(√) 2．物質(zhì)波的波長由粒子的大小決定．() 3．物質(zhì)波的波長和粒子運動的動量有關(guān)．(√) 4．我們可以根據(jù)電子的運動軌跡判斷電子的出現(xiàn)位置．() 5．微觀世界中不可以同時測量粒子的動量和位置．(√) 既然德布羅意提出了物質(zhì)波的概念，為什么我們生活中卻體會不到？ 【提示】　平時所見的宏觀物體的質(zhì)量比微觀粒子的質(zhì)量大得多，運動的動量很大，由λ＝可知，它們對應(yīng)的物質(zhì)波波長很小，因此，無法觀察到它們的波動性． 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)的波長太小的緣故． 2．粒子在空間各處出現(xiàn)的幾率受統(tǒng)計規(guī)律支配，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． 4．求解德布羅意波波長的方法 (1)根據(jù)已知條件，寫出宏觀物體或微觀粒子動量的表達式p＝mv. (2)根據(jù)波長公式λ＝求解． (3)注意區(qū)分光子和微觀粒子的能量和動量的不同表達式．如光子的能量：ε＝hν，動量p＝；微觀粒子的動能：Ek＝mv2，動量p＝mv. 1．下列說法中正確的是 (　　) A．物質(zhì)波屬于機械波 B．物質(zhì)波與機械波有本質(zhì)區(qū)別 C．只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀粒子才具有波動性 D．德布羅意認(rèn)為，任何一個運動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波和它對應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波 E．宏觀物體運動時，雖看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，但宏觀物體運動時仍具有波動性 【解析】　物質(zhì)波是一切運動著的物體所具有的波，與機械波性質(zhì)不同，A錯誤，B正確；宏觀物體也具有波動性，只是干涉、衍射現(xiàn)象不明顯，看不出來，C錯誤，E正確；德布羅意認(rèn)為，任何一個運動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波和它對應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波，D正確． 【答案】　BDE 2．如果一個電子的德布羅意波長和一個中子的相等，則它們的________也相等. 【導(dǎo)學(xué)號：11010065】 【解析】　本題考查德布羅意波長的公式，意在考查考生對德布羅意波長公式的掌握．由λ＝可知，如果一個電子和一個中子的德布羅意波長相等，則它們的動量p相等． 【答案】　動量 3．如果一個中子和一個質(zhì)量為10 g的子彈都以103 m/s的速度運動，則它們的德布羅意波的波長分別是多長？(中子的質(zhì)量為1.6710－27 kg) 【解析】　中子的動量為p1＝m1v， 子彈的動量為p2＝m2v， 據(jù)λ＝知中子和子彈的德布羅意波的波長分別為 λ1＝，λ2＝ 聯(lián)立以上各式解得：λ1＝，λ2＝ 將m1＝1.6710－27 kg，v＝1103 m/s，h＝6.6310－34 Js，m2＝1.010－2 kg代入上面兩式可解得 λ1＝4.010－10 m，λ2＝6.6310－35 m. 【答案】　4.010－10 m　6.6310－35 m 宏觀物體波動性的三點提醒 (1)一切運動著的物體都具有波動性，宏觀物體觀察不到其波動性，但并不否定其波動性． (2)要注意大量光子、個別光子、宏觀物體、微觀粒子等相關(guān)概念的區(qū)別． (3)在宏觀世界中，波與粒子是對立的概念；在微觀世界中，波與粒子可以統(tǒng)一． 不 確 定 關(guān) 系 1．不確定關(guān)系 在經(jīng)典物理學(xué)中，質(zhì)點在任意時刻都有確定的位置和動量，沿著一定的軌道運動，在量子力學(xué)中，同時確定粒子的動量和位置時，兩者的精確度有一個原則上的限制，其數(shù)學(xué)表達式稱為不確定關(guān)系． 2．表達式 ΔxΔp≥.其中Δx表示粒子位置的不確定量，用Δp表示在x方向上動量的不確定量，h是普朗克常量．表達式的意義是：粒子在某一方向位置的不確定量和在這方向上動量的不確定量的乘積大于或等于. 1．經(jīng)典的粒子可以同時確定位置和動量．(√) 2．微觀粒子可以同時確定位置和動量．() 3．對于微觀粒子，不可能同時準(zhǔn)確地知道其位置和動量．(√) 對微觀粒子的運動分析能不能用“軌跡”來描述？ 【提示】　不能．微觀粒子的運動遵循不確定關(guān)系，也就是說，要準(zhǔn)確確定粒子的位置，動量(或速度)的不確定量就更大；反之，要準(zhǔn)確確定粒子的動量(或速度)，位置的不確定量就更大，也就是說不可能同時準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動量．因而不可能用“軌跡”來描述微觀粒子的運動． 1．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． 2．微觀粒子的運動沒有特定的軌道 由不確定關(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． 3．經(jīng)典物理和微觀物理的區(qū)別 (1)在經(jīng)典物理學(xué)中，可以同時用位置和動量精確地描述質(zhì)點的運動，如果知道質(zhì)點的加速度，還可以預(yù)言質(zhì)點在以后任意時刻的位置和動量，從而描繪它的運動軌跡． (2)在微觀物理學(xué)中，不可能同時準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動量．因而也就不可能用“軌跡”來描述粒子的運動．但是，我們可以準(zhǔn)確地知道大量粒子運動時的統(tǒng)計規(guī)律． 4．對不確定性關(guān)系ΔxΔp≥有以下幾種理解，其中正確的是(　　) A．微觀粒子的動量不可能確定 B．微觀粒子的坐標(biāo)不可能確定 C．微觀粒子的動量和坐標(biāo)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，也適用于其他宏觀物體 E．在微觀物理學(xué)中，不可能用“軌跡”來描述粒子的運動 【解析】　不確定性關(guān)系ΔxΔp≥表示確定位置、動量的精確度互相制約，此長彼消，當(dāng)粒子位置的不確定性變小時，粒子動量的不確定性變大；當(dāng)粒子位置的不確定性變大時，粒子動量的不確定性變小，故不能同時準(zhǔn)確確定粒子的動量和坐標(biāo)．不確定性關(guān)系也適用于其他宏觀物體，不過這些不確定量微乎其微． 【答案】　CDE 5．已知＝5.310－35 Js，試求下列情況中速度測定的不確定量． (1)一個球的質(zhì)量m＝1.0 kg，測定其位置的不確定量為10－6 m； (2)電子的質(zhì)量me＝9.010－31 kg，測定其位置的不確定量為10－10 m(即在原子的數(shù)量級)． 【解析】　(1)m＝1.0 kg，Δx1＝10－6 m， 由ΔxΔp≥，Δp＝mΔv知Δv1≥ ＝m/s＝5.310－29 m/s. (2)me＝9.010－31 kg，Δx2＝10－10 m Δv2≥＝ m/s ＝5.89105 m/s. 【答案】　(1)5.310－29 m/s　(2)5.89105 m/s 對不確定性關(guān)系的兩點提醒 (1)不確定性關(guān)系ΔxΔp≥是自然界的普遍規(guī)律，對微觀世界的影響顯著，對宏觀世界的影響可忽略不計．也就是說，宏觀世界中的物體質(zhì)量較大，位置和速度的不確定范圍較小，可同時較精確測出物體的位置和動量． (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)了．