新教材同步輔導2023年高中物理第四章波粒二象性第四節(jié)德布羅意波課件粵教版選擇性必修第三冊

第四章波粒二象性學習目標物理與STSE1．知道實物粒子和光子一樣具有波動性．2．知道德布羅意波長和粒子動量的關系．(重點、難點)3．初步了解不確定性關系(重點)

2．電子衍射．(1)1927年，美國工程師戴維孫和英國物理學家湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子在晶體上的衍射圖樣，證明德布羅意假說的正確性．這有力地證明了實物粒子也具有波動性．(2)波粒二象性是包括光子在內(nèi)的一切微觀粒子的共同特征，和光子一樣，對微觀粒子運動狀態(tài)的最準確的描述是概率波．1．在歷史上，最早證明了德布羅意波存在的實驗是(

)A．弱光衍射實驗B．電子束在晶體上的衍射實驗C．弱光干涉實驗D．以上選項都不正確解析：最早證明德布羅意波假說的是電子束在晶體上的衍射實驗．故B正確．答案：B2．(多選)下述說法正確的是(

)A．宏觀物體的動量和位置可準確測定B．微觀粒子的動量和位置可準確測定C．微觀粒子的動量和位置不可同時準確測定D．宏觀粒子的動量和位置不可同時準確測定解析：宏觀物體在經(jīng)典力學中，位置和動量可以同時精確測定，在量子理論建立以后，微觀粒子的動量和位置要同時測出是不太可能的．答案：AC探究一對德布羅意波的理解1．對物質波的理解．(1)任何物體，小到電子、質子，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的波長太小的緣故．(2)粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受統(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．?特別提醒

(1)在宏觀現(xiàn)象中，波與粒子是對立的概念，而在微觀世界中，波與粒子可以統(tǒng)一．(2)這里所說的粒子性和波動性，既不是宏觀觀念的波，也不是宏觀觀念的粒子．光具有波粒二象性是指光在傳播過程中和同物質作用時分別表現(xiàn)出波和粒子的特性．【典例1】一顆質量為5.0kg的炮彈(普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，光在真空中的速度c＝3×108m/s)：(1)以200m/s的速度運動時，它的德布羅意波長多大？(2)假設它以光速運動，它的德布羅意波長多大？(3)若要使它的德布羅意波波長與波長是400nm的紫光波長相等，則它必須以多大的速度運動？1．(多選)根據(jù)物質波的理論，下列說法正確的是(

)A．微觀粒子有波動性，宏觀物體沒有波動性B．微觀粒子和宏觀物體都具有波動性C．宏觀物體的波動性不易被察覺，因為它的波長太長D．速度相同的質子和電子，電子的波動性更為明顯解析：一切運動物體都有一種波與它相對應，所以宏觀物體也具有波動性，選項A錯誤，B正確；物質波的波長與其動量成反比，因宏觀物體的動量較大，所以其德布羅意波的波長非常短，不易觀察到其波動性，選項C錯誤；速度相同的質子和電子，電子的質量較小，動量較小，物質波的波長較長，故其波動性明顯，選項D正確．答案：BD2．(多選)關于物質波，下列認識中錯誤的是(

)A．任何運動的物體都伴隨一種波，這種波叫物質波B．X射線的衍射實驗，證實了物質波假設是正確的C．電子的衍射實驗，證實了物質波假設是正確的D．與宏觀物體相聯(lián)系的物質波不具有干涉、衍射等現(xiàn)象解析：任何一個運動著的物體，小到電子、質子，大到行星、太陽，都有與其本身相聯(lián)系的波，這就是物質波，故A正確；X射線的本質是電磁波，X射線的衍射實驗，證實了X射線的波動性，故B錯誤；電子的衍射實驗，證實了物質波假設是正確的，故C正確；物質波具有干涉、衍射等現(xiàn)象，故D錯誤．答案：BD3．在中子衍射技術中，常利用熱中子研究晶體的結構，因為熱中子的德布羅意波波長與晶體中原子間距相近．已知中子質量m＝1.67×10－27kg，普朗克常量h＝6.63×10－14J·s，可以估算德布羅意波波長λ＝1.82×10－10m的熱中子動能的數(shù)量級為(

)A．10－17J

B．10－19JC．10－21J D．10－24J探究二對不確定性關系的理解1．經(jīng)典力學中運動物體有完全確定的位置、動量、能量等．而微觀粒子中位置、動量等具有不確定量(概率)．微觀粒子不可能同時具有確定的位置和動量，粒子位置的不確定量Δx越小，動量的不確定量Δpx就越大，反之亦然．不確定性關系是微觀粒子的波粒二象性及粒子空間分布遵從統(tǒng)計規(guī)律的必然結果．2．不確定性關系式表明．(1)微觀粒子的坐標測得越精確(Δx→0)，動量就越不精確(Δpx→∞)．(2)微觀粒子的動量測得越精確(Δpx→0)，坐標就越不精確(Δx→∞)．(3)不確定性關系不是說微觀粒子的坐標測不精確；也不是說微觀粒子的動量測不精確；更不是說微觀粒子的坐標和動量都測不精確；而是說微觀粒子的坐標和動量不能同時測精確．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．4．不確定性關系表明無論采用什么方法試圖確定坐標和相應動量中的一個，必然引起另一個較大的不確定性，這樣的結果與測量儀器及測量方法是否完備無關，無論怎樣改善測量儀器和測量方法，都不可能逾越不確定性關系所給出的限度．5．微觀粒子和宏觀物體的特性對比．宏觀物體微觀粒子具有確定的坐標和動量，可用牛頓力學描述沒有確定的坐標和動量，需用量子力學描述有連續(xù)可測的運動軌道，可追蹤各個物體的運動軌跡有概率分布特性，不可能分辨出各個粒子的軌跡體系能量可以為任意的、連續(xù)變化的數(shù)值能量量子化不確定性關系無實際意義遵循不確定性關系【典例2】

(2022·北京順義高三期中)(1)用波長為λ的光照射金屬表面所產(chǎn)生的光電子垂直進入磁感強度為B的勻強磁場中作勻速圓周運動時，其最大半徑為R，電子質量為m，電量為e，光速為c，普朗克常量為h，求金屬的逸出功W；(2)一個光源以P0＝1.6W的功率向四周均勻地發(fā)射能量．在離光源距離R＝2.5m處放置一小鉀箔，鉀的逸出功W＝2.2eV，假設入射光的能量是連續(xù)地和平穩(wěn)地垂直傳給鉀箔，光的平均波長為λ.②假設鉀箔完全吸收所有照射到它上面的能量．求：a．鉀箔在垂直入射光方向上單位面積上受到光的平均作用力(用題目中的物理符號表示)．b．按照經(jīng)典電磁理論，鉀箔只需吸收足夠的能量就可以逐出電子，若一個要被逐出的電子收集能量的圓形截面的半徑約為一個典型原子的半徑r＝5.0×10－11m，求：此光源照射條件下，用此光源照射時電子將被逐出的時間．c．根據(jù)你的計算