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,學習目標,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“不確定關系”的具體含義.,,,,欄目鏈接,任何運動著的物體,都有一種波與它相對應嗎?提示:任何運動著的物體,小到電子、質子,大到行星、太陽,都有一種波與它相對應,這種波叫物質波.,德布羅意波,1.德布羅意波假說的內容.任何一個實物粒子都和一個波相對應.,欄目鏈接,2.德布羅意波假說的提出背景.德布羅意認識到人們討論光時過分地強調了波動性,忽略了粒子性,同樣,在討論實物粒子時,人們只討論粒子性,忽略了波動性,于是把光的波粒二象性推廣到了實物粒子,用類比的方法,從理論上預言了物質波的存在.3.德布羅意波.(1)定義:實物粒子所對應的波稱為德布羅意波,也稱為物質波.(2)德布羅意波長與動量的關系:λ=其中λ是德布羅意波長,h是普朗克常量,p是相應的實物粒子的動量.,欄目鏈接,4.對德布羅意波的理解.(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,與光子對應的波是電磁波,與實物粒子對應的波是物質波.(2)物質波也是概率波.在一般情況下,對于電子和其他微觀粒子,不能用確定的坐標來描述它們的位置,因此也無法用軌跡描述它們的運動,但是它們在空間各處出現(xiàn)的概率是受波動規(guī)律支配的.,欄目鏈接,一顆質量為5kg的炮彈.(1)以200m/s的速度運動時,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動?解析:(1)炮彈的德布羅意波長為:(2)由λ=得炮彈的運動速度為:v′==3.3m/s.答案:(1)6.63m(2)3.3m/s,欄目鏈接,方法總結:明確德布羅意波的含義,正確應用公式.實物粒子也具有波動性,這種波稱之為物質波,也叫德布羅意波.物質波波長,公式中λ為德布羅意波波長,h為普朗克常量,p為粒子動量.對物理原理公式的理解關鍵在于對各物理量意義的理解.?課堂訓練1.下列關于德布羅意波的認識,正確的解釋是(C)A.任何一個物體都有一種波和它對應,這就是物質波B.X光的衍射證實了物質波的假設是正確的,欄目鏈接,C.電子的衍射證實了物質波的假設是正確的D.宏觀物體運動時,看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象,所以宏觀物體不具有波動性解析:運動的物體才具有波動性,A項錯誤.宏觀物體由于動量太大,德布羅意波長太小,所以看不到它的干涉、衍射現(xiàn)象,但仍有波動性,D項錯誤;X光是波長極短的電磁波,是光子,它的衍射不能證實物質波的存在,B項錯誤.只有C項正確.,不確定關系的理解與應用,在經典物理學中,一個質點的位置和動量是可以同時精確測定的,對于微觀粒子,它的位置和動量能同時被精確測定嗎?能用“軌跡”來描述粒子的運動嗎?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量不能同時被精確測定.在粒子的衍射現(xiàn)象中,設有粒子通過狹縫后落在屏上,狹縫寬度為a(用坐標表示為Δx),那么某個粒子通過狹縫時位于縫中的哪一點是不確定的,不確定的范圍為Δx;,欄目鏈接,由于微觀粒子具有波動性,經過狹縫后會發(fā)生衍射,有些粒子會偏離原來的運動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動方向垂直的動量(位于與原運動方向垂直的平面上).又由于粒子落在何處是隨機的,所以粒子在垂直于運動方向的動量具有不確定性,不確定量為Δp.根據(jù)ΔxΔp≥知,如果Δx更小,則Δp更大,也就是不可能同時準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.,欄目鏈接,經典力學中運動物體有完全確定的位置、動量、能量等.微觀粒子中位置、動量等具有不確定量(概率),也就是不能同時用位置和動量來描述粒子的運動.微觀粒子的運動不可能同時具有確定的位置和動量.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(微觀粒子的坐標測得越準確),動量的不確定量Δpx就越大,反之亦然.,欄目鏈接,但這里要注意,不確定關系不是說微觀粒子的坐標測不準;也不是說微觀粒子的動量測不準;更不是說微觀粒子的坐標和動量都測不準;而是說微觀粒子的坐標和動量不能同時測準.這是因為微觀粒子的坐標和動量本來就不同時具有確定量.這本質上是微觀粒子具有波粒二象性及粒子空間分布遵從統(tǒng)計規(guī)律的必然反映.不確定關系提供了一個判斷依據(jù):當不確定關系施加的限制可以忽略時,則可以用經典理論來研究粒子的運動.當不確定關系施加的限制不可以忽略時,那只能用量子力學理論來處理問題.,欄目鏈接,欄目鏈接,由不確定關系可知,原子中的電子在原子核的周圍運動是不確定的,因而不能用“軌道”來描述它的運動.電子在空間各點出現(xiàn)的概率是不同的.當原子處于穩(wěn)定狀態(tài)時,電子會形成一個穩(wěn)定的概率分布.人們常用一些小圓點來表示這種概率分布,概率大的地方小圓點密一些;概率小的地方小圓點疏一些,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.設子彈的質量為0.01kg,槍口直徑為0.5cm,試求子彈射出槍口時橫向速度的不確定量.,解析:槍口直徑可以當做子彈射出槍口位置的不確定量Δx,由于Δpx=mΔvx,由不確定性關系式得子彈射出槍口時橫向速度的不確定量.答案:大于等于1.06m/s?課堂訓練2.電子的運動受波動性的支配,對氫原子的核外電子,下列說法錯誤的是(C),A.電子繞核運動的“軌道”其實是沒有意義的B.電子軌道只不過是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置C.電子繞核運動時,電子邊運動邊振動D.電子在核外的位置是不確定的解析:微觀粒子的運動是不確定的,電子軌道只是電子出現(xiàn)概率比較大的位置,軌道其實沒有實際意義,所以選項A、B、D正確.電子在空間出現(xiàn)的概率受波動規(guī)律支配,并不是像機械波那樣,所以選項C錯誤.,- 配套講稿:
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