2019-2020年高中物理第四章波粒二象性第4、5节实物粒子的波粒二象性不确定关系教学案教科版选修3-5

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1、2019-2020年高中物理第四章波粒二象性第4、5节实物粒子的波粒二象性不确定关系教学案教科版选修3-5一、德布罗意物质波假说及德布罗意波的波长1．假说内容实物粒子像光子一样，也具有波粒二象性，可以引入波长、频率的概念，有如下关系式：E＝hν，p＝。2．德布罗意波的波长λ＝＝二、德布罗意波的实验验证(1)电子束在晶体表面上散射的实验。(2)电子束穿过多晶薄膜的衍射实验。三、氢原子中的电子云1．定义电子在原子核周围出现的概率密度分布的情况，被形象化地叫做电子云。2．电子的分布某一空间范围内电子出现概率大的地方，电子运动到那里的机会就多，反之就少。四、不确定关系1．微观粒子

2、运动的基本特征不再遵守牛顿定律，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，不可能用“轨迹”来描述粒子的运动，微观粒子的运动状态只能通过概率做统计性的描述。2．不确定性关系(1)关系式：以Δx表示粒子位置的不确定量，以Δp表示粒子在x方向上的动量的不确定量，那么Δx·Δp≥，式中h是普朗克常量。(2)意义：不确定性关系Δx·Δp≥是量子力学的一条基本原理，是物质的波粒二象性的生动体现。人们能准确预知单个粒子的运动情况吗？粒子出现的位置是否无规律可循呢？提示：由不确定性关系可知我们不能准确预知单个粒子的实际运动情况，但粒子出现的位置也并不是无规律可循，我们可以根据统计规律知道粒子

3、在某点出现的概率。(对应学生用书页码P59)对物质波的认识与理解1.物质波的提出德布罗意把光的波粒二象性推广到了实物粒子，用类比的方法，从理论上预言了物质波的存在。他认为：每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。并且指出其能量、动量跟它对应的频率ν、波长λ的关系。ν＝，λ＝。2．物质波的意义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，宏观的物体也存在波动性，但波长太小，无法观测。3．对物质波的理解(1)任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小的缘故。(2)德布罗意波是一种概率波，粒

4、子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波。(3)德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波。[特别提醒](1)一切运动着的物体都具有波动性。(2)看到的宏观物体，其运动时，虽看不出它们的波动性，但也有一个波长与之对应。只是这个波长非常小，难以观测到。1．关于德布罗意波，正确的解释是(　　)A．运动的物体都有一种波和它对应，这就是物质波B．微观粒子都有一种波和它对应，这就是物质波C．原子从高能级向低能级跃迁时，会辐射物质

5、波D．宏观物体运动时，它的物质波长太短，很难观察到它的波动性解析：选AD　运动的物体才有物质波，A对，B错；原子辐射出的是电磁波，不是物质波，C错；实际上宏观物体运动时，p较大，又h极小，所以λ＝很小，即不易观察波动性，D对。不确定关系(1)不确定性关系是微观粒子具有波粒二象性的必然结果，除位置和动量的不确定关系外，还有其他不确定性关系，如时间和能量的不确定性关系：ΔE·Δt≥。(2)普朗克常量是不确定性关系中的重要角色，如果h的值可忽略不计，这时物体的位置、动量可同时有确定的值，如果h不能忽略，这时必须考虑微粒的波粒二象性。h成为划分经典物理学和量子力学的一个界线。在微

6、观领域，要准确地确定粒子的位置，动量的不确定量更大；反之，要准确确定粒子的动量，位置的不确定量就更大，如狭缝变成宽缝时，粒子的动量可精密测定，但粒子通过缝的位置不确定量增大；反之，缝很窄时，粒子的位置测定精确了，但衍射范围增大了，动量的测量更不准确了。2．关于不确定性关系Δx·Δp≥有以下几种理解，其中正确的是(　　)A．微观粒子的动量不可能确定B．微观粒子的坐标不可能确定C．微观粒子的动量和坐标不可能同时确定D．不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观粒子解析：选CD　不确定性关系Δx·Δp≥表示确定位置、动量的精度互相制约，此长彼消，当粒子位置不确

7、定性变小时，粒子动量的不确定性变大；粒子位置不确定性变大时，粒子动量的不确定性变小。故不能同时准确确定粒子的动量和坐标。不确定性关系也适用于其他宏观粒子，不过这些不确定量微乎其微。(对应学生用书页码P60)对物质波的理解[例1]　关于物质波，下列认识错误的是(　　)A．任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波B．X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D．宏观物体尽管可以看作为物质波，但它们不具有干涉、衍射等观象[解析]　据德布罗意物质波理论知，任何一个运动的物体，小到电