高中物理 第2章 第5節(jié) 德布羅意波課件 粵教版選修3-5.ppt

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第五節(jié)德布羅意波,第二章波粒二象性,欄目鏈接,學(xué)習(xí)目標(biāo),1．知道德布羅意波假說．2．了解電子衍射現(xiàn)象及意義．3．了解“不確定關(guān)系”的具體含義．,,,,欄目鏈接,任何運(yùn)動(dòng)著的物體，都有一種波與它相對(duì)應(yīng)嗎？提示：任何運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波與它相對(duì)應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波．,德布羅意波,1．德布羅意波假說的內(nèi)容．任何一個(gè)實(shí)物粒子都和一個(gè)波相對(duì)應(yīng)．,欄目鏈接,2．德布羅意波假說的提出背景．德布羅意認(rèn)識(shí)到人們討論光時(shí)過分地強(qiáng)調(diào)了波動(dòng)性，忽略了粒子性，同樣，在討論實(shí)物粒子時(shí)，人們只討論粒子性，忽略了波動(dòng)性，于是把光的波粒二象性推廣到了實(shí)物粒子，用類比的方法，從理論上預(yù)言了物質(zhì)波的存在．3．德布羅意波．(1)定義：實(shí)物粒子所對(duì)應(yīng)的波稱為德布羅意波，也稱為物質(zhì)波．(2)德布羅意波長與動(dòng)量的關(guān)系：λ＝其中λ是德布羅意波長，h是普朗克常量，p是相應(yīng)的實(shí)物粒子的動(dòng)量．,欄目鏈接,4．對(duì)德布羅意波的理解．(1)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．(2)物質(zhì)波也是概率波．在一般情況下，對(duì)于電子和其他微觀粒子，不能用確定的坐標(biāo)來描述它們的位置，因此也無法用軌跡描述它們的運(yùn)動(dòng)，但是它們在空間各處出現(xiàn)的概率是受波動(dòng)規(guī)律支配的．,欄目鏈接,一顆質(zhì)量為5kg的炮彈．(1)以200m/s的速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的德布羅意波長為多大？(2)若要使它的德布羅意波長與波長是400nm的紫光波長相等，則它必須以多大的速度運(yùn)動(dòng)？解析：(1)炮彈的德布羅意波長為：(2)由λ＝得炮彈的運(yùn)動(dòng)速度為：v′＝＝3.3m/s.答案：(1)6.63m(2)3.3m/s,欄目鏈接,方法總結(jié)：明確德布羅意波的含義，正確應(yīng)用公式．實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，這種波稱之為物質(zhì)波，也叫德布羅意波．物質(zhì)波波長，公式中λ為德布羅意波波長，h為普朗克常量，p為粒子動(dòng)量．對(duì)物理原理公式的理解關(guān)鍵在于對(duì)各物理量意義的理解．?課堂訓(xùn)練1．下列關(guān)于德布羅意波的認(rèn)識(shí)，正確的解釋是(C)A．任何一個(gè)物體都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這就是物質(zhì)波B．X光的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的,欄目鏈接,C．電子的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的D．宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀物體不具有波動(dòng)性解析：運(yùn)動(dòng)的物體才具有波動(dòng)性，A項(xiàng)錯(cuò)誤．宏觀物體由于動(dòng)量太大，德布羅意波長太小，所以看不到它的干涉、衍射現(xiàn)象，但仍有波動(dòng)性，D項(xiàng)錯(cuò)誤；X光是波長極短的電磁波，是光子，它的衍射不能證實(shí)物質(zhì)波的存在，B項(xiàng)錯(cuò)誤．只有C項(xiàng)正確．,不確定關(guān)系的理解與應(yīng)用,在經(jīng)典物理學(xué)中，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位置和動(dòng)量是可以同時(shí)精確測定的，對(duì)于微觀粒子，它的位置和動(dòng)量能同時(shí)被精確測定嗎？能用“軌跡”來描述粒子的運(yùn)動(dòng)嗎？試以粒子的衍射現(xiàn)象為例加以說明．提示：微觀粒子的位置和動(dòng)量不能同時(shí)被精確測定．在粒子的衍射現(xiàn)象中，設(shè)有粒子通過狹縫后落在屏上，狹縫寬度為a(用坐標(biāo)表示為Δx)，那么某個(gè)粒子通過狹縫時(shí)位于縫中的哪一點(diǎn)是不確定的，不確定的范圍為Δx；,欄目鏈接,由于微觀粒子具有波動(dòng)性，經(jīng)過狹縫后會(huì)發(fā)生衍射，有些粒子會(huì)偏離原來的運(yùn)動(dòng)方向跑到了投影位置以外的地方，這就意味著粒子有了與原來運(yùn)動(dòng)方向垂直的動(dòng)量(位于與原運(yùn)動(dòng)方向垂直的平面上)．又由于粒子落在何處是隨機(jī)的，所以粒子在垂直于運(yùn)動(dòng)方向的動(dòng)量具有不確定性，不確定量為Δp.根據(jù)ΔxΔp≥知，如果Δx更小，則Δp更大，也就是不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動(dòng)量，因而也就不可能用“軌跡”來描述粒子的運(yùn)動(dòng)．,欄目鏈接,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．微觀粒子中位置、動(dòng)量等具有不確定量(概率)，也就是不能同時(shí)用位置和動(dòng)量來描述粒子的運(yùn)動(dòng)．微觀粒子的運(yùn)動(dòng)不可能同時(shí)具有確定的位置和動(dòng)量．如果以Δx表示粒子位置的不確定量，以Δp表示粒子在x軸方向上的動(dòng)量的不確定量，那么ΔxΔp≥，h為普朗克常量．粒子位置的不確定量Δx越小(微觀粒子的坐標(biāo)測得越準(zhǔn)確)，動(dòng)量的不確定量Δpx就越大，反之亦然．,欄目鏈接,但這里要注意，不確定關(guān)系不是說微觀粒子的坐標(biāo)測不準(zhǔn)；也不是說微觀粒子的動(dòng)量測不準(zhǔn)；更不是說微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量都測不準(zhǔn)；而是說微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)測準(zhǔn)．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．不確定關(guān)系提供了一個(gè)判斷依據(jù)：當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制可以忽略時(shí)，則可以用經(jīng)典理論來研究粒子的運(yùn)動(dòng)．當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制不可以忽略時(shí)，那只能用量子力學(xué)理論來處理問題．,欄目鏈接,欄目鏈接,由不確定關(guān)系可知，原子中的電子在原子核的周圍運(yùn)動(dòng)是不確定的，因而不能用“軌道”來描述它的運(yùn)動(dòng)．電子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的概率是不同的．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．人們常用一些小圓點(diǎn)來表示這種概率分布，概率大的地方小圓點(diǎn)密一些；概率小的地方小圓點(diǎn)疏一些，這樣的概率分布圖稱為電子云．電子云是原子核核外電子位置不確定的反映．設(shè)子彈的質(zhì)量為0.01kg，槍口直徑為0.5cm，試求子彈射出槍口時(shí)橫向速度的不確定量．,解析：槍口直徑可以當(dāng)做子彈射出槍口位置的不確定量Δx，由于Δpx＝mΔvx，由不確定性關(guān)系式得子彈射出槍口時(shí)橫向速度的不確定量．答案：大于等于1.06m/s?課堂訓(xùn)練2．電子的運(yùn)動(dòng)受波動(dòng)性的支配，對(duì)氫原子的核外電子，下列說法錯(cuò)誤的是(C),A．電子繞核運(yùn)動(dòng)的“軌道”其實(shí)是沒有意義的B．電子軌道只不過是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置C．電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)，電子邊運(yùn)動(dòng)邊振動(dòng)D．電子在核外的位置是不確定的解析：微觀粒子的運(yùn)動(dòng)是不確定的，電子軌道只是電子出現(xiàn)概率比較大的位置，軌道其實(shí)沒有實(shí)際意義，所以選項(xiàng)A、B、D正確．電子在空間出現(xiàn)的概率受波動(dòng)規(guī)律支配，并不是像機(jī)械波那樣，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤．,