1、自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练第第3节实物粒子的波粒二象性节实物粒子的波粒二象性1了解德布罗意假论的实验探索了解德布罗意假论的实验探索2理解实物粒子具有波粒二象性及不确定性关系的具体含义理解实物粒子具有波粒二象性及不确定性关系的具体含义自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练一、德布罗意的假设一、德布罗意的假设德布罗意波德布罗意波：任何一个：任何一个_的物体都有一种波与它相对的物体都有一种波与它相对应，这种波叫应，这种波叫_，也称为德布罗意波，也称为德布罗意波德布罗意关系德布罗意关系：粒子能量：粒子能量E与相应的波的频率
2、与相应的波的频率之间的关之间的关系为：系为：_动量动量p与相应波长与相应波长之间的关系为：之间的关系为：_上述关系称为德布罗意关系两式中的上述关系称为德布罗意关系两式中的h为为_通过普朗克常量把通过普朗克常量把_和和_联系起来联系起来物质波的波长物质波的波长、频率关系式频率关系式：_，_ 运动运动物质波物质波Eh普朗克常量普朗克常量粒子性粒子性波动性波动性自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练干涉、衍射是波特有的现象如果实物粒子具有波动性，干涉、衍射是波特有的现象如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该能发生干涉和衍射现象则在一定条件下，也应该能发生干涉
3、和衍射现象实验验证实验验证：1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了_ _的实验，得到了电子的的实验，得到了电子的_，证实了电子的波，证实了电子的波动性动性(2)宏观物体的质量比微观粒子大得多，运动时的动量很宏观物体的质量比微观粒子大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的波长就很小，根本无法观察到它大，对应的德布罗意波的波长就很小，根本无法观察到它的波动性的波动性二、德布罗意假说的实验探索二、德布罗意假说的实验探索实验探究思路实验探究思路电子电子束衍射束衍射衍射图样衍射图样自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练三、不确定性关
4、系三、不确定性关系微观粒子运动的基本特征微观粒子运动的基本特征：不再遵守：不再遵守_定律不定律不可能同时准确地知道粒子的可能同时准确地知道粒子的_和和_，不可能用，不可能用“_”来描述粒子的运动，微观粒子的运动状态只能通过来描述粒子的运动，微观粒子的运动状态只能通过_做统计性的描述做统计性的描述牛顿运动牛顿运动位置位置动量动量轨迹轨迹概率概率自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练为了形象描述电子的分布情况，人们在原子核周围画一为了形象描述电子的分布情况，人们在原子核周围画一些疏密不同的点，若某一空间范围内电子出现的概率些疏密不同的点，若某一空间范围内电子出现的
5、概率大，则这里的点就大，则这里的点就_；若某一空间的范围内电子出；若某一空间的范围内电子出现的概率小，则这里的点就现的概率小，则这里的点就_ 这种用点的这种用点的_表表示的电子出现的示的电子出现的_分布，称为电子云分布，称为电子云四、电子云四、电子云密集密集稀疏稀疏疏密疏密概率概率自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练一、对德布罗意假说的理解一、对德布罗意假说的理解自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练温馨提示温馨提示 (1)普朗克常量普朗克常量h很小，而宏观物体的动量很小，而宏观物体的动量p都比都比较大，所以宏观物体的德布罗
6、意波的波长都很小较大，所以宏观物体的德布罗意波的波长都很小(2)物质波也是概率波在一般情况下，对于电子和其他微物质波也是概率波在一般情况下，对于电子和其他微观粒子，不能用确定的坐标来描述它们的位置，因此也无观粒子，不能用确定的坐标来描述它们的位置，因此也无法用轨迹描述它的运动，但是它们在空间各处出现的概率法用轨迹描述它的运动，但是它们在空间各处出现的概率是受波动规律支配的是受波动规律支配的(3)我们平时所看到的宏观物体，其运动时，我们看不到它我们平时所看到的宏观物体，其运动时，我们看不到它们的波动性，但也有一个波长与之对应，例如飞行子弹的们的波动性，但也有一个波长与之对应，例如飞行子弹的波长为
7、波长为1034 m，这个波长实在是太小了，这个波长实在是太小了(4)波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性；宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以在波动性；宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以观测观测自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练(5)对于光，先有波动性对于光，先有波动性(即即和和)，其后在量子理论中引入，其后在量子理论中引入光子的能量光子的能量E和动量和动量p来补充它的粒子性反之，对于实物来补充它的粒子性反之，对于实物粒子，则先有粒子性粒子，则先有粒子性(即即E和和p)，再引用德
8、布罗意波，再引用德布罗意波(即即和和)的概念来补充它的波动性不过要注意这里所谓波动和的概念来补充它的波动性不过要注意这里所谓波动和粒子，实际上仍然都是经典物理学的概念，所谓补充仅是粒子，实际上仍然都是经典物理学的概念，所谓补充仅是形式上的综上所述，德布罗意的推想基本上是爱因斯坦形式上的综上所述，德布罗意的推想基本上是爱因斯坦关于波粒二象性理论关于波粒二象性理论(光粒子由波伴随着光粒子由波伴随着)的一种推广，使的一种推广，使之包括了所有的物质微观粒子之包括了所有的物质微观粒子自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练不确定性关系是微观粒子的波粒二象性及粒子的空间分布
9、不确定性关系是微观粒子的波粒二象性及粒子的空间分布遵从统计规律的必然结果遵从统计规律的必然结果微观粒子的位置坐标测得越准确微观粒子的位置坐标测得越准确(即即x越小越小)，则动量就越，则动量就越不准确不准确(即即p越大越大)；微观粒子的动量测得越准确；微观粒子的动量测得越准确(即即p越越小小)，则位置坐标就越不准确，则位置坐标就越不准确(即即x越大越大)注意注意不确定性关系不是说微观粒子的坐标测不准，也不不确定性关系不是说微观粒子的坐标测不准，也不是说微观粒子的动量测不准，更不是说微观粒子的坐标和是说微观粒子的动量测不准，更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准，而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测
10、动量都测不准，而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准准二、对不确定关系的理解二、对不确定关系的理解不确定性关系表明不确定性关系表明自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练对任何物体都成立，并不是因为测量技术和主观能力而使对任何物体都成立，并不是因为测量技术和主观能力而使微观粒子的坐标和动量不能同时测准微观粒子的坐标和动量不能同时测准当不确定性关系施加的限制可以忽略时，则可以用经典力当不确定性关系施加的限制可以忽略时，则可以用经典力学理论来研究粒子的运动；当不确定性关系施加的限制不学理论来研究粒子的运动；当不确定性关系施加的限制不可以忽略时，那只能用量子力学理论来
11、处理问题可以忽略时，那只能用量子力学理论来处理问题不确定性关系是自然界的一条客观规律不确定性关系是自然界的一条客观规律不确定性关系提供了一个依据不确定性关系提供了一个依据自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练一颗质量为一颗质量为5 kg的炮弹的炮弹(1)以以200 m/s的速度运动时，它的德布罗意波长为多大？的速度运动时，它的德布罗意波长为多大？(2)若要使它的德布罗意波长与波长是若要使它的德布罗意波长与波长是400 nm的紫光波长相的紫光波长相等，则它必须以多大的速度运动？等，则它必须以多大的速度运动？【典典例例1】对物质波的理解与计算对物质波的理解与计算自
12、主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练答案答案(1)6.631037 m(2)3.31028 m/s自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练关于物质波，下列认识中错误的是关于物质波，下列认识中错误的是 ()A任何运动的物体任何运动的物体(质点质点)都伴随一种波，这种波叫物质波都伴随一种波，这种波叫物质波BX射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的C电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的D宏观物体尽管可以看作物质波，但它们不具有干涉、衍宏观物体尽管可以
13、看作物质波，但它们不具有干涉、衍 射等现象射等现象解析解析根据德布罗意物质波理论可知，任何一个运动的物根据德布罗意物质波理论可知，任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波，可见，相对应，这种波就叫物质波，可见，A选项是正确的；由于选项是正确的；由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线的衍射射线的衍射现象并不能证实物质波理论的正确性，即现象并不能证实物质波理论的正确性，即B选项错误；电子选项错误；电子【变式变式1】自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类
14、例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故具有波动性，故C选项是正确的；由电子穿过铝箔的衍射选项是正确的；由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的，无规律实验知，少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的，无规律的，但大量电子穿过铝箔后落的位置则呈现出衍射图样，的，但大量电子穿过铝箔后落的位置则呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故选的特有现象，只要
15、是波，都会发生干涉、衍射现象，故选项项D错误综合以上分析知，本题应选错误综合以上分析知，本题应选B、D.答案答案BD自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练一颗质量为一颗质量为10 g的子弹，具有的子弹，具有200 m/s的速率，若其的速率，若其动量的不确定范围为动量的动量的不确定范围为动量的0.01%(这在宏观范围是十分精这在宏观范围是十分精确的了确的了)，则该子弹位置的不确定范围为多大？，则该子弹位置的不确定范围为多大？解析解析子弹的动量为子弹的动量为pmv0.01200 kgm/s2.0 kgm/s动量的不确定范围动量的不确定范围p0.01%p1.0104
16、2.0 kgm/s2.0104 kgm/s答案答案大于或等于大于或等于2.61031 m【典典例例2】不确定性关系的应用不确定性关系的应用自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练借题发挥借题发挥我们知道，原子核的数量级为我们知道，原子核的数量级为1015 m，所，所以，子弹位置的不确定范围是微不足道的可见子弹以，子弹位置的不确定范围是微不足道的可见子弹的动量和位置都能精确地确定，不确定性关系对宏观的动量和位置都能精确地确定，不确定性关系对宏观物体来说没有实际意义物体来说没有实际意义自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练一电子具有
17、一电子具有200 m/s的速率，动量的不确定范围为的速率，动量的不确定范围为动量的动量的0.01%(这已经足够精确了这已经足够精确了)，则该电子的位置不确，则该电子的位置不确定范围有多大？定范围有多大？解析解析电子的动量为电子的动量为pmv9.11031200 kgm/s1.81028 kgm/s动量的不确定范围动量的不确定范围p0.01%p1.01041.81028 kgm/s1.81032 kgm/s由不确定性关系式，得电子位置的不确定范围由不确定性关系式，得电子位置的不确定范围答案答案大于或等于大于或等于2.9103 m【变式变式2】自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对
18、点演练课堂对点演练质量为质量为60 kg的运动员，百米赛跑的成绩为的运动员，百米赛跑的成绩为10 s，试估算运，试估算运动员的德布罗意波的波长动员的德布罗意波的波长解析解析因为是估算题，可认为运动员匀速运动，速度因为是估算题，可认为运动员匀速运动，速度v10 m/s.答案答案1.11036 m对对物质波的理解与计算物质波的理解与计算1自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练下述说法正确的是下述说法正确的是 ()A宏观物体的动量和位置可准确测定宏观物体的动量和位置可准确测定B微观粒子的动量和位置可准确测定微观粒子的动量和位置可准确测定C微观粒子的动量和位置不可同时
19、准确测定微观粒子的动量和位置不可同时准确测定D宏观粒子的动量和位置不可同时准确测定宏观粒子的动量和位置不可同时准确测定解析解析宏观物体在经典力学中，位置和动量可以同时精确宏观物体在经典力学中，位置和动量可以同时精确测定，在量子理论建立之后，微观粒子的动量和位置要同测定，在量子理论建立之后，微观粒子的动量和位置要同时测出是不可能的时测出是不可能的答案答案AC对不确定性关系的理解对不确定性关系的理解2自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练关于不确定性关系，下列说法正确的是关于不确定性关系，下列说法正确的是 ()A在微观世界中，粒子的位置和动量存在一定的不确定在微观
20、世界中，粒子的位置和动量存在一定的不确定 性，不能同时测量性，不能同时测量B自然界中的任何物体的动量和位置之间都存在不确定性自然界中的任何物体的动量和位置之间都存在不确定性C海森堡不确定性关系说明粒子的位置和动量存在一定的海森堡不确定性关系说明粒子的位置和动量存在一定的 不确定性，都不能测量不确定性，都不能测量3自主学习自主学习名师解疑名师解疑分类例析分类例析课堂对点演练课堂对点演练解析解析微观世界中，粒子的位置和动量存在一定的不确定微观世界中，粒子的位置和动量存在一定的不确定性，不能同时测量，性，不能同时测量，A正确；如果同时测量某个微观粒子正确；如果同时测量某个微观粒子的位置和动量，位置的测量结果越精确，动量的测量误差的位置和动量，位置的测量结果越精确，动量的测量误差就越大；反之，动量的测量结果越精确，位置的测量误差就越大；反之，动量的测量结果越精确，位置的测量误差就越大，就越大，C错误；普朗克常量是一个很小的量，对宏观物错误；普朗克常量是一个很小的量，对宏观物体来说，这种不确定关系可以忽略不计，体来说，这种不确定关系可以忽略不计，B正确；根据能正确；根据能量和时间的不确定性关系，能量不确定范围越小的能级，量和时间的不确定性关系，能量不确定范围越小的能级，电子停留的时间越长，并不表明能量和时间有最小值，电子停留的时间越长，并不表明能量和时间有最小值，D错误错误答案答案AB
