物理：第2章第五節(jié)《德布羅意波》課件（粵教版選修3-5）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第五節(jié)德布羅意波 課前自主學(xué)案 核心要點(diǎn)突破 課標(biāo)定位 課堂互動(dòng)講練 第五節(jié) 知能優(yōu)化訓(xùn)練 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 知道實(shí)物粒子和光子一樣具有波粒二象性 掌握波長(zhǎng) 的應(yīng)用 2 了解 不確定性關(guān)系 的具體含義 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 德布羅意波假說(shuō) 2 不確定關(guān)系 課前自主學(xué)案 實(shí)物粒子 物質(zhì)波 二 電子衍射1 物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 1927年戴維孫和湯姆生分別利用晶體做了衍射 得到了電子的 證明了德布羅意波的假說(shuō) 2 實(shí)物粒子的波粒二象性 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(duì)微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的最準(zhǔn)確的描述是概率波 實(shí)驗(yàn) 衍射圖樣 思考感悟宏觀物體是否具有波動(dòng)性 提示 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 人們常用一些小圓點(diǎn)來(lái)表示這種概率分布 概率大的地方小圓點(diǎn) 一些 概率小的地方小圓點(diǎn) 一些 這樣的概率分布圖稱為電子云 密 疏 本質(zhì)上 核心要點(diǎn)突破 一 對(duì)德布羅意波的理解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)太小的緣故 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 特別提醒 1 在宏觀現(xiàn)象中 波與粒子是對(duì)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(shuō)的粒子性和波動(dòng)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(guò)程中和同物質(zhì)作用時(shí)分別表現(xiàn)出波和粒子的特性 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 單選 下列說(shuō)法正確的是 A 德布羅意波屬于機(jī)械波B 只有像電子 質(zhì)子 中子這樣的微觀粒子才具有波動(dòng)性C 德布羅意認(rèn)為 任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體 小到電子 質(zhì)子 大到行星 太陽(yáng)都具有一種波和它對(duì)應(yīng) 后來(lái)把這種波叫做德布羅意波D 宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí) 看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象 所以宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)不具有波動(dòng)性 解析 選C 德布羅意波是一切運(yùn)動(dòng)著的物體所具有的波 與機(jī)械波性質(zhì)不同 宏觀物體也具有波動(dòng)性 只是干涉 衍射現(xiàn)象不明顯 只有C選項(xiàng)正確 二 正確理解不確定關(guān)系在經(jīng)典物理學(xué)中 可以同時(shí)用質(zhì)點(diǎn)的位置和動(dòng)量精確地描述它的運(yùn)動(dòng) 而且如果知道了質(zhì)點(diǎn)的加速度 還可以預(yù)言質(zhì)點(diǎn)在以后任意時(shí)刻的位置和動(dòng)量 從而描述它的軌跡 但是 在微觀物理學(xué)中 不確定關(guān)系告訴我們 如果要更準(zhǔn)確地確定粒子的位置 即 x小 那么動(dòng)量的測(cè)量一定會(huì)更不準(zhǔn)確 即 p更大 也就是說(shuō) 不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道單個(gè)粒子的位置和動(dòng)量 因而也就不可能用軌跡來(lái)描述這一粒子的運(yùn)動(dòng) 但是我們可以準(zhǔn)確地知道大量粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律 一個(gè)宏觀系統(tǒng)總是包含著大量粒子 因此我們?nèi)匀荒軌驅(qū)暧^現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)言 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 單選 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(shuō)法不正確的是 A 電子繞核運(yùn)動(dòng)的 軌道 其實(shí)是沒(méi)有意義的B 電子軌道只不過(guò)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 選C 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(méi)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 課堂互動(dòng)講練 雙選 關(guān)于物質(zhì)波 下列認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤的是 A 任何運(yùn)動(dòng)的物體 質(zhì)點(diǎn) 都伴隨一種波 這種波叫物質(zhì)波B X射線的衍射實(shí)驗(yàn) 證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的C 電子的衍射實(shí)驗(yàn) 證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的D 宏觀物體盡管可以看做物質(zhì)波 但它們不具有干涉 衍射等現(xiàn)象 精講精析 根據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論知 任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體 小到電子 質(zhì)子 大到行星 太陽(yáng) 都有一種波與之相對(duì)應(yīng) 這種波就叫物質(zhì)波 可見(jiàn) A選項(xiàng)是正確的 由于X射線本身就是一種波 而不是實(shí)物粒子 故X射線的衍射現(xiàn)象 并不能證實(shí)物質(zhì)波理論的正確性 即B選項(xiàng)錯(cuò)誤 電子是一種實(shí)物粒子 電子的衍射現(xiàn)象表明運(yùn)動(dòng)著的實(shí)物粒子具有波動(dòng)性 故C選項(xiàng)是正確的 由電子穿過(guò)鋁箔的衍射實(shí)驗(yàn)知 少量電子穿過(guò)鋁箔后所落位置是散亂的 無(wú)規(guī)律的 但大量電子穿過(guò)鋁箔后落的位置則呈現(xiàn)出衍射圖樣 即大量電子的行為表現(xiàn)出電子的波動(dòng)性 干涉 衍射是波的特有現(xiàn)象 只要是波 都會(huì)發(fā)生干涉 衍射現(xiàn)象 故選項(xiàng)D錯(cuò)誤 綜合以上分析知 本題應(yīng)選B D 答案 BD 方法總結(jié) 1 物質(zhì)波理論上是說(shuō)任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體 如實(shí)物粒子等 都具有波動(dòng)性 即其行為服從波動(dòng)規(guī)律 2 物質(zhì)波理論告訴我們 任何微觀粒子都既具有粒子性又具有波動(dòng)性 即與光一樣 也具有波粒二象性 波粒二象性是光子 電子 質(zhì)子等微觀粒子都具有的基本屬性 電子經(jīng)電勢(shì)差為U 200V的電場(chǎng)加速 以v c的情況下 求此電子的德布羅意波長(zhǎng) 思路點(diǎn)撥 解此類題時(shí)關(guān)鍵要抓住能量守恒定律和德布羅意波長(zhǎng)的計(jì)算公式 運(yùn)用這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn) 即可解決 答案 8 63 10 2nm 變式訓(xùn)練利用金屬晶格 大小約10 10m 作為障礙物觀察電子的衍射圖樣 方法是讓電子通過(guò)電場(chǎng)加速后 讓電子束照射到金屬晶格上 從而得到電子的衍射圖樣 已知電子質(zhì)量為m 電荷量為e 初速度為0 加速電壓為U 普朗克常量為h 則加速后電子的德布羅意波長(zhǎng)為 若電子質(zhì)量m 9 1 10 31kg 加速電壓U 300V 則電子束 能或不能 發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象 在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中 若單縫寬度是1 0 10 9m 那么光子經(jīng)過(guò)單縫發(fā)生衍射 動(dòng)量不確定量是多少 答案 p 0 53 10 25kg m s 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全