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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(shuō) 任何一個(gè)實(shí)物粒子都和一種波相對(duì)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(dòng)員射擊時(shí)會(huì)因?yàn)樽訌椀牟▌?dòng)性而“失準(zhǔn)”嗎?為什么?根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況下子彈質(zhì)量、速度大小所對(duì)應(yīng)的德布羅意波波長(zhǎng)來(lái)做定性說(shuō)明. 答案:不會(huì).因?yàn)楹暧^的子彈質(zhì)量和速度較大,動(dòng)量較大,德布羅意波波長(zhǎng)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(shuō),實(shí)驗(yàn)表明,其他一切微觀粒子也都具有波動(dòng)性. 三、電子云 當(dāng)原子處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),電子會(huì)形成一個(gè)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),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.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(shí)準(zhǔn)確地知道某個(gè)粒子的位置和動(dòng)量,粒子出現(xiàn)的位置是無(wú)規(guī)律可循的.”你是如何理解的? 答案:雖然我們不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道某個(gè)粒子的位置和動(dòng)量,但粒子的運(yùn)動(dòng)卻有規(guī)律可循,那就是統(tǒng)計(jì)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(shí)精要,思考探究,二,一、物質(zhì)波 1.德布羅意假說(shuō)的內(nèi)容 (1)實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性,即每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)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(dòng)量與對(duì)應(yīng)波的頻率和波長(zhǎng)的關(guān)系為,一,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,思考探究,二,2.物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 (1)證明思路:觀察實(shí)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(yàn)電子的波動(dòng)性. (2)物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)驗(yàn),得到了類似如圖所示的衍射圖樣,從而證實(shí)了電子的波動(dòng)性.,一,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,思考探究,二,3.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. (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(dòng)規(guī)律的支配,不要以宏觀觀點(diǎn)中的波來(lái)理解德布羅意波. (3)德布羅意假說(shuō)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.,一,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,思考探究,二,(4)對(duì)于光,先有波動(dòng)性(即ν和λ),再在量子理論中引入光子的能量ε和動(dòng)量p來(lái)補(bǔ)充它的粒子性.反之,對(duì)于實(shí)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(lái)補(bǔ)充它的波動(dòng)性.不過(guò)要注意這里所謂的波動(dòng)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(ài)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(shí)精要,思考探究,二,4.物質(zhì)波也是概率波 對(duì)于電子、實(shí)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(shuō),單個(gè)粒子位置是不確定的,具有偶然性;大量粒子運(yùn)動(dòng)具有必然性,遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律.概率波將波動(dòng)性與粒子性統(tǒng)一起來(lái).,知識(shí)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(dòng)動(dòng)量較大,根據(jù)德布羅意波波長(zhǎng)與動(dòng)量的關(guān)系 ,波長(zhǎng)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▌?dòng)性,因此宏觀物體也具有波粒二象性.,知識(shí)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(lái)(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(gè)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(zhǎng)(即它能記錄的光的最大波長(zhǎng)值). 解析:ε=hν,而c=λν,,答案:2.0×10-6 m,一,知識(shí)精要,典題例解,思考探究,遷移應(yīng)用,二,知識(shí)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(gè)初速度為零的電子,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波長(zhǎng).(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(dòng)量p=mv,,遷移應(yīng)用,思考探究,知識(shí)精要,一,二,典題例解,遷移應(yīng)用,思考探究,知識(shí)精要,一,二,典題例解,遷移應(yīng)用,思考探究,知識(shí)精要,一,二,典題例解,遷移應(yīng)用,思考探究,知識(shí)精要,一,二,典題例解,知識(shí)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(shí)精要,一,二,,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,知識(shí)精要,一,二,,思考探究,典題例解,遷移應(yīng)用,知識(shí)精要,一,二,,思考探究,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,一,二,思考探究,遷移應(yīng)用,典題例解,知識(shí)精要,一,二,知識(shí)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(shí),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(dòng)量很大,它的德布羅意波長(zhǎng)就很短,衍射現(xiàn)象的影響就很小.,案例探究,知識(shí)鏈接,類題試解,影響顯微鏡分辨率本領(lǐng)的一個(gè)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(duì)電子束加速,最后打在感光膠片上來(lái)觀察顯微圖像.以下說(shuō)法正確的是( ) A.加速電壓越高,電子的波長(zhǎng)越長(zhǎng),分辨本領(lǐng)越強(qiáng) B.加速電壓越高,電子的波長(zhǎng)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(shí)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(duì)電子來(lái)說(shuō),加速電壓越高,λ越小,衍射現(xiàn)象越不明顯,故選項(xiàng)A、B錯(cuò)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(zhǎng)要小得多,衍射現(xiàn)象不明顯,分辨本領(lǐng)強(qiáng),故選項(xiàng)C正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 答案:C,案例探究,知識(shí)鏈接,類題試解,知識(shí)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(dòng)性,就像X射線穿過(guò)晶體時(shí)會(huì)產(chǎn)生衍射一樣,這一類實(shí)物粒子的波動(dòng)叫德布羅意波.質(zhì)量為m的電子以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí),這種德布羅意波的波長(zhǎng)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(jì)算具有100 eV動(dòng)能的電子的動(dòng)量p和波長(zhǎng)λ; (2)若一個(gè)靜止的電子經(jīng)2 500 V電壓加速,求能量和這個(gè)電子動(dòng)能相同的光子的波長(zhǎng)及該光子的波長(zhǎng)和這個(gè)電子的波長(zhǎng)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(shí)鏈接,案例探究,類題試解,解析:(1)電子的動(dòng)量,