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

1、第五節(jié)德布羅意波第五節(jié)德布羅意波第二章波粒二象性第二章波粒二象性 欄目鏈接學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí)目目 標(biāo)標(biāo)1知道德布羅意波假說知道德布羅意波假說2了解電子衍射現(xiàn)象及意義了解電子衍射現(xiàn)象及意義3了解了解“不確定關(guān)系不確定關(guān)系”的具體含義的具體含義 欄目鏈接任何運動著的物體，都有一種波與它相對應(yīng)嗎？任何運動著的物體，都有一種波與它相對應(yīng)嗎？提示：提示：任何運動著的物體任何運動著的物體，小到電子、質(zhì)子小到電子、質(zhì)子，大到行星、大到行星、太陽太陽，都有一種波與它相對應(yīng)都有一種波與它相對應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波這種波叫物質(zhì)波德布羅意波德布羅意波1德布羅意波假說的內(nèi)容德布羅意波假說的內(nèi)容任何一個實物粒子都和一個波相對應(yīng)任何

2、一個實物粒子都和一個波相對應(yīng) 欄目鏈接2德布羅意波假說的提出背景德布羅意波假說的提出背景德布羅意認(rèn)識到人們討論光時過分地強調(diào)了波動性，忽略了德布羅意認(rèn)識到人們討論光時過分地強調(diào)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(yù)言了物質(zhì)波的存在類比的方法，從理論上預(yù)言了物質(zhì)波的存在3德布羅意波德布羅意波(1)定義：實物粒子所對應(yīng)的波稱為德布羅意波，也稱為物質(zhì)定義：實物粒子所對應(yīng)的波稱為德布羅意波，也稱為

3、物質(zhì)波波(2)德布羅意波長與動量的關(guān)系：德布羅意波長與動量的關(guān)系：其中其中是德布羅意波長，是德布羅意波長，h是普朗克常量，是普朗克常量，p是相應(yīng)的實物粒子是相應(yīng)的實物粒子的動量的動量 欄目鏈接4對德布羅意波的理解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，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)波對應(yīng)的波是物質(zhì)波(2)物質(zhì)波也是概率波在一般情況下，

4、對于電子和其他微物質(zhì)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(biāo)來描述它們的位置，因此也無觀粒子，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動，但是它們在空間各處出現(xiàn)的概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)律支配的率是受波動規(guī)律支配的 欄目鏈接 一顆質(zhì)量為一顆質(zhì)量為5 kg的炮彈的炮彈(1)以以200 m/s的速度運動時，它的德布羅意波長為多大？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若要使它的德布羅意波長與波長是400 nm的紫光波長相等，的紫光波長相等，則它必須以多大的速度運動？則它必須以

5、多大的速度運動？ 解析：解析：(1)炮彈的德布羅意波長為：炮彈的德布羅意波長為： (2)由由 得炮彈的運動速度為：得炮彈的運動速度為： v 3.3 m/s.答案：答案：(1)6.63 m(2)3.3 m/s 欄目鏈接方法總結(jié)：方法總結(jié)：明確德布羅意波的含義明確德布羅意波的含義，正確應(yīng)用公式正確應(yīng)用公式 實物粒子也具有波動性實物粒子也具有波動性，這種波稱之為物質(zhì)波這種波稱之為物質(zhì)波，也叫德布羅也叫德布羅意波物質(zhì)波波長意波物質(zhì)波波長 ，公式中公式中為德布羅意波為德布羅意波波長波長，h為普朗克常量為普朗克常量，p為粒子動量對物理原理公式的理為粒子動量對物理原理公式的理解關(guān)鍵在于對各物理量意義的理解解

6、關(guān)鍵在于對各物理量意義的理解 課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練1下列關(guān)于德布羅意波的認(rèn)識下列關(guān)于德布羅意波的認(rèn)識，正確的解釋是正確的解釋是(C)A任何一個物體都有一種波和它對應(yīng)任何一個物體都有一種波和它對應(yīng)，這就是物質(zhì)波這就是物質(zhì)波BX光的衍射證實了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的光的衍射證實了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的 欄目鏈接C電子的衍射證實了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的電子的衍射證實了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的D宏觀物體運動時宏觀物體運動時，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以所以宏觀物體不具有波動性宏觀物體不具有波動性解析：解析：運動的物體才具有波動性運動的物體才具有波動性，A項錯誤宏觀物體由項錯誤宏觀物體由于動量

7、太大于動量太大，德布羅意波長太小德布羅意波長太小，所以看不到它的干涉、，所以看不到它的干涉、衍射現(xiàn)象，但仍有波動性，衍射現(xiàn)象，但仍有波動性，D項錯誤；項錯誤；X光是波長極短的光是波長極短的電磁波電磁波，是光子是光子，它的衍射不能證實物質(zhì)波的存在它的衍射不能證實物質(zhì)波的存在，B項項錯誤只有錯誤只有C項正確項正確不確定關(guān)系的理解與應(yīng)用不確定關(guān)系的理解與應(yīng)用在經(jīng)典物理學(xué)中，一個質(zhì)點的位置和動量是可以同時精確在經(jīng)典物理學(xué)中，一個質(zhì)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？能用定嗎？能用“ 軌跡軌跡” 來描述粒子

8、的運動嗎？試以粒子的衍來描述粒子的運動嗎？試以粒子的衍射現(xiàn)象為例加以說明射現(xiàn)象為例加以說明提示：提示：微觀粒子的位置和動量不能同時被精確測定在粒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)象中子的衍射現(xiàn)象中，設(shè)有粒子通過狹縫后落在屏上設(shè)有粒子通過狹縫后落在屏上，狹縫寬狹縫寬度為度為a(用坐標(biāo)表示為用坐標(biāo)表示為x)，那么某個粒子通過狹縫時位于縫那么某個粒子通過狹縫時位于縫中的哪一點是不確定的中的哪一點是不確定的，不確定的范圍為不確定的范圍為x； 欄目鏈接由于微觀粒子具有波動性由于微觀粒子具有波動性，經(jīng)過狹縫后會發(fā)生衍射經(jīng)過狹縫后會發(fā)生衍射，有些有些粒子會偏離原來的運動方向跑到了投影位置以

9、外的地方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這就意味著粒子有了與原來運動方向垂直的動量(位于與位于與原運動方向垂直的平面上原運動方向垂直的平面上)又由于粒子落在何處是隨機又由于粒子落在何處是隨機的的，所以粒子在垂直于運動方向的動量具有不確定性，不，所以粒子在垂直于運動方向的動量具有不確定性，不確定量為確定量為p.根據(jù)根據(jù)xp 知知，如果如果x更小更小，則則p更大更大，也就是不可能同時準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動量也就是不可能同時準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動量，因而也因而也就不可能用就不可能用“ 軌跡軌跡” 來描述粒子的運動來描述粒子的運動 欄目鏈

10、接經(jīng)典力學(xué)中運動物體有完全確定的位置、動量、能量等微經(jīng)典力學(xué)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觀粒子中位置、動量等具有不確定量(概率概率)，也就是不能同，也就是不能同時用位置和動量來描述粒子的運動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x表示粒子位置的不確定量，以表示粒子位置的不確定量，以p表示粒子在表示粒子在x軸方向上的軸方向上的動量的不確定量，那么動量的不確定量，那么xp ，h為普朗克常量為普朗克常量粒子位置的不確定量粒子位置的不確定量x越小越小(微觀粒子的坐標(biāo)

11、測得越準(zhǔn)確微觀粒子的坐標(biāo)測得越準(zhǔn)確)，動量的不確定量動量的不確定量px就越大，反之亦然就越大，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)；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量測不準(zhǔn)；更不是說微觀粒子的坐標(biāo)也不是說微觀粒子的動量測不準(zhǔn)；更不是說微觀粒子的坐標(biāo)和動量都測不準(zhǔn)；而是說微觀粒子的坐標(biāo)和動量不能同時測和動量都測不準(zhǔn)；而是說微觀粒子的坐標(biāo)和動量不能同時測準(zhǔn)準(zhǔn)這是因為微觀粒子的坐標(biāo)和動量本來就不同時具有確定這是因為微觀粒子的坐標(biāo)和動量本來就不同時具有確定量這本質(zhì)上是微觀粒子具有波粒二象性及粒子空間分布遵量這本質(zhì)上是微觀粒子具有波

12、粒二象性及粒子空間分布遵從統(tǒng)計規(guī)律的必然反映從統(tǒng)計規(guī)律的必然反映不確定關(guān)系提供了一個判斷依據(jù)：當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制不確定關(guān)系提供了一個判斷依據(jù)：當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制可以忽略時，則可以用經(jīng)典理論來研究粒子的運動當(dāng)不確可以忽略時，則可以用經(jīng)典理論來研究粒子的運動當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制不可以忽略時，那只能用量子力學(xué)理論來定關(guān)系施加的限制不可以忽略時，那只能用量子力學(xué)理論來處理問題處理問題 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動是由不確定關(guān)系可知，原子中的電子在原子核的周圍運動是不確定的，因而不能用不確定的，因而不能用“軌道軌道”來描述它的運動電子在來描述它的運動電子在

13、空間各點出現(xiàn)的概率是不同的當(dāng)原子處于穩(wěn)定狀態(tài)時，空間各點出現(xiàn)的概率是不同的當(dāng)原子處于穩(wěn)定狀態(tài)時，電子會形成一個穩(wěn)定的概率分布人們常用一些小圓點來電子會形成一個穩(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)量為設(shè)子彈的質(zhì)量為0.01 kg，槍口直徑為，槍口直徑為0.5 cm，試求，試求子彈射出槍口時橫向速度的不確定量子彈射出槍口時橫

14、向速度的不確定量解析：解析：槍口直徑可以當(dāng)做子彈射出槍口位置的不確定量槍口直徑可以當(dāng)做子彈射出槍口位置的不確定量x，由于由于pxmvx，由不確定性關(guān)系式得子彈射出槍口時橫由不確定性關(guān)系式得子彈射出槍口時橫向速度的不確定量向速度的不確定量答案：答案：大于等于大于等于1.06 m/s 課堂訓(xùn)練課堂訓(xùn)練2電子的運動受波動性的支配電子的運動受波動性的支配，對氫原子的核外電子對氫原子的核外電子，下下列說法錯誤的是列說法錯誤的是(C)A電子繞核運動的電子繞核運動的“軌道軌道”其實是沒有意義的其實是沒有意義的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繞