2013粤教版选修(3-5)2.5《德布罗意波》word学案

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1、2.5德布罗意波学案【学习目标】（1）知道实物粒子和光子一样具有波动性。（2）知道德布罗意波长和粒子动量的关系。（3）知道电子云的概念。（4）初步了解不确定性【学习重点】1．光的波粒二象性和为什么说光波是一种概率波．2．物质波的概念．【知识要点】1.物质波 物理学把物质分为两大类，一类是质子、电子等，称做实物，另一类是电场、磁场等，统称场．光是传播着的电磁场．既然光具有粒子性，那么，质子、电子，以至原子、分子等实物粒子是否会在一定条件下表现出波动性？1924年，法国物理学家德布罗意（1892－1987）在他的博士论文里大胆地做了肯定的回答．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，

2、大到行星、太阳，都有一种波与它对应，波长是（1）式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量．人们把这种波叫做物质波，也叫德布罗意波．2.物质波也是概率波．在电子衍射图样中，电子落在“亮圆”上的概率大，落在“暗圆”上的概率小．我们说光波和物质波是概率波，说的是光子和实物粒子在空间分布的概率是受波动规律支配的．3.氢原子中的电子云 对于宏观质点，如果知道它在某一时刻的位置和速度以及受力情况，就可以应用牛顿定律确定质点运动的轨道，算出它在以后任意时刻的位置和速度．但是，对电子等微观粒子，由于不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置，因此，电子在原子中运动的“轨道”这样的说法其实是没有意义的．我们只能知道

3、电子在原子核附近各点出现概率的大小．在不同的状态中，例如当原子处于不同的能级时，电子在各处出现的概率是不一样的．如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率，画出图来，就像云雾一样，可以形象地称做电子云．4、不确定关系的物理意义和微观本质（1）物理意义微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。粒子位置的不确定量越小，动量的不确定量就越大，反之亦然（2）微观本质：是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然结果。不确定关系式表明：①微观粒子的坐标测得愈准确()，动量就愈不准确()；微观粒子的动量测得愈准确()，坐标就愈不准确()。但这里要注意，不确定关系不是说微观粒子的坐标测不准；

4、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。②为什么微观粒子的坐标和动量不能同时测准？这是因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量。这本质上是微观粒子具有波粒二象性的必然反映。由以上讨论可知，不确定关系是自然界的一条客观规律，不是测量技术和主观能力的问题。③不确定关系提供了一个判据：当不确定关系施加的限制可以忽略时，则可以用经典理论来研究粒子的运动。当不确定关系施加的限制不可以忽略时，那只能用量子力学理论来处理问题。【典型例题】例1：一颗质量为10g的子弹，具有200m·s-1的速率，若其动量的不确定范围为动量的0.01%

5、(这在宏观范围是十分精确的了)，则该子弹位置的不确定量范围为多大?解：子弹的动量动量的不确定范围由不确定关系式，得子弹位置的不确定范围我们知道，原子核的数量级为10-15m，所以，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，不确定关系对宏观物体来说没有实际意义。例2：一电子具有200m/s的速率，动量的不确定范围为动量的0.01%(这已经足够精确了)，则该电子的位置不确定范围有多大?解 :电子的动量为：动量的不确定范围由不确定关系式，得电子位置的不确定范围我们知道原子大小的数量级为10-10m，电子则更小。在这种情况下，电子位置的不确定范围比原子的大小还要大几亿倍，

6、可见企图精确地确定电子的位置和动量已是没有实际意义。【当堂反馈】1、在经典物理学中，可以同时用质点的_____________和_____________精确描述它的运动，如果知道了质点的____________，还可以预言它以后任意时刻的____________和_____________。2、用数学方法对微观粒子的___________进行分析可以知道，如果以Δx表示粒子的________不确定量，以Δp表示粒子________________不确定量，则有________________，这就是著名的__________________。3、在微观物理学中，不确定关系告诉我们，如果要准

7、确地确定粒子的位置（即Δx更小），则_____________的测量一定会更不准确（即Δp更大），也就是说，不可能同时准确地测量粒子的_____________和_____________。4、在波粒二象性和不确定关系的基础上，建立了________________，对现象生活、生产和科学技术的发展起到了惊人的作用，比如现代半导体材料的研究和发展等。5、由不确定关系可以得出的结论是()A．如果动量的不确定范围