2018-19版高中物理第2章波和粒子2.4实物是粒子还是波学案沪科版.docx

2.4实物是粒子还是波学习目标1.知道实物粒子具有波动性，知道什么是物质波.2.了解物质波也是一种概率波.3.初步了解不确定关系一、德布罗意波导学探究德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性，你如何理解该问题？答案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(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大，动量大，波长短，难以观测知识梳理对物质波的认识1粒子的波动性(1)任何一个运动着的物体，都有一种波与之相伴随，这种波称为物质波，也叫德布罗意波(2)物质波波长、频率的计算公式为，.(3)我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太大，德布罗意波长太小的缘故2物质波的实验验证(1)实验探究思路：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，也应该发生干涉或衍射现象(2)实验验证：1927年戴维孙和汤姆生分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性(3)说明人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的和关系同样正确物质波也是一种概率波即学即用判断下列说法的正误(1)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波()(2)湖面上的水波就是物质波()(3)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性()二、不确定关系导学探究1.如果光子是经典的粒子，它在从光源飞出后应该做匀速直线运动，它在屏上的落点应该在缝的投影之内，即屏上亮条纹宽度与缝宽相同但是实际上，它到达屏上的位置超出了单缝投影的范围，形成了中间宽、两侧窄、明暗相间的衍射条纹，如图1所示图1微观粒子的运动是否遵循牛顿运动定律？能否用经典物理学的方法准确确定粒子到达屏上的位置和动量？答案按照牛顿运动定律，如果光子是经典的粒子，光在运动过程中不受力，光子应该做匀速直线运动而由光的衍射可知，光子运动并不遵从牛顿运动定律，即对于微观粒子的运动，不能用经典物理学的方法确定其位置及动量2单缝衍射时，屏上各点的亮度反映了粒子到达这点的概率图2是粒子到达屏上的概率在坐标系中的表示图2(1)如果狭缝变窄，粒子的衍射图样中，中央亮条纹变宽这说明当粒子的位置不确定量减小时，动量的不确定量如何变化？(2)通过狭缝后，单个粒子的运动情况能否预知？粒子出现在屏上的位置遵循什么规律？(3)粒子位置的不确定量x与动量的不确定量p有什么关系？答案(1)变大(2)不能粒子出现在屏上的位置遵循统计规律(3)遵循不确定性关系：xp知识梳理1定义：在经典物理学中，可以同时用质点的位置和动量精确描述它的运动，在微观物理学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的，这种关系叫不确定关系2表达式：xpx.其中以x表示粒子位置的不确定量，以px表示粒子在x方向上的动量的不确定量，h是普朗克常量3微观粒子运动的基本特征：不再遵守牛顿运动定律，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.一、对德布罗意波的理解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2物质波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不能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例1(多选)关于物质波，下列认识中正确的是()A任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波BX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做物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象答案AC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，A选项正确；由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线的衍射现象并不能证实物质波理论的正确性，即B选项错误；电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故C选项正确；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、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故选项D错误例2质量为10g、速度为300m/s在空中飞行的子弹，其德布罗意波长是多少？为什么我们无法观察到其波动性？答案2.211034m由于子弹的德布罗意波长极短，无法观察到其波动性解析由德布罗意波长公式可得m2.211034m.因子弹的德布罗意波长极短，故无法观察到其波动性针对训练(多选)下列说法中正确的是()A物质波也叫德布罗意波B物质波也是概率波C光波是一种概率波D光波也是物质波答案ABC解析物质波，又称德布罗意波，是概率波，指空间中某点某时刻可能出现的几率，其中概率的大小受波动规律的支配，故A、B正确光波具有波粒二象性，波动性表明光波是一种概率波，故C正确由于光子的特殊性，其静止质量为零，所以光不是物质波，故D错误德布罗意波长的计算1首先计算物体的速度，再计算其动量如果知道物体动能也可以直接用p计算其动量2再根据计算德布罗意波长3需要注意的是：德布罗意波长一般都很短，比一般的光波波长还要短，可以根据结果的数量级大致判断结果是否合理二、对不确定关系的理解1粒子位置的不确定性：单缝衍射现象中，入射的粒子有确定的动量，但它们经过狭缝后可以处于任何位置，也就是说，粒子的位置是完全不确定的2粒子动量的不确定性：(1)微观粒子具有波动性，会发生衍射大部分粒子到达狭缝之前沿水平方向运动，而在经过狭缝之后，有些粒子跑到投影位置以外这些粒子具有与其原来运动方向垂直的动量(2)由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是完全随机的，所以粒子在垂直方向上的动量也具有不确定性，不确定量的大小可以由中央亮条纹的宽度来衡量3位置和动量的不确定性关系：xp.由xp可以知道，在微观领域，要准确地确定粒子的位置，动量的不确定性就更大；反之，要准确地确定粒子的动量，那么位置的不确定性就更大4微观粒子的运动没有特定的轨道：由不确定性关系xp可知，微观粒子的位置和动量是不能同时被确定的，这也就决定了不能用“轨迹”的观点来描述粒子的运动例3(多选)根据不确定性关系xp，判断下列说法正确的是()A采取办法提高测量x精度时，p的精度下降B采取办法提高测量x精度时，p的精度上升Cx与p测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关Dx与p测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关答案AD解析不确定性关系表明，无论采用什么方法试图确定位置坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定性关系所给出的限度故A、D正确例4已知5.31035Js，试求下列情况中速度测定的不确定量，并根据计算结果，讨论在宏观和微观世界中进行测量的不同情况(1)一个球的质量m1.0kg，测定其位置的不确定量为106m.(2)电子的质量me9.01031kg，测定其位置的不确定量为1010m.答案见解析解析(1)m1.0kg，x1106m，由xp，pmv知v1m/s5.31029 m/s，这个速度不确定在宏观世界中微不足道，可认为球的速度是确定的，其运动遵从经典物理学理论(2)me9.01031kg，x21010mv2m/s5.89105 m/s，这个速度不确定量不可忽略，不能认为原子中的电子具有确定的速度，其运动不能用经典物理学理论处理理解不确定性关系时应注意的问题1对球这样的宏观物体，不确定量是微不足道的，对测量准确性没有任何限制，但对微观粒子却是不可忽略的2在微观世界中，粒子质量较小，不能同时精确地测出粒子的位置和动量，也就不能准确地把握粒子的运动状态1(物质波的理解)下列说法中正确的是()A物质波属于机械波B只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性C德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波D宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性答案C解析任何一个运动的物体都具有波动性，但因为宏观物体的德布罗意波长很短，所以很难看到它的衍射和干涉现象，所以C项对，B、D项错；物质波不同于宏观意义上的波，故A项错2(物质波的理解)1927年戴维孙和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一如图3所示的是该实验装置的简化图下列说法不正确的是()图3A亮条纹是电子到达概率大的地方B该实验说明物质波理论是正确的C该实验说明了光子具有波动性D该实验说明实物粒子具有波动性答案C解析该实验说明物质波理论是正确的，实物粒子也具有波动性，亮条纹是电子到达概率大的地方，不能说明光子具有波动性，故选C.3(物质波的理解)(多选)电子的运动受波动性的支配，对于氢原子的核外电子，下列说法正确的是()A氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置B电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确定它的轨道C电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的D电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置答案CD解析微观粒子的波动性是一种概率波，对于微观粒子的运动，牛顿运动定律已经不适用了，所以氢原子的核外电子不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置，电子的“轨道”其实是没意义的，电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置，综上所述，C、D正确4(不确定性关系的理解)(多选)关于不确定性关系xp有以下几种理解，正确的是()A微观粒子的动量不可确定B微观粒子的位置坐标不可确定C微观粒子的动量和位置不可能同时确定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答案CD解析不确定性关系表示位置、动量的精度相互制约，此长彼消，当粒子的位置不确定性更小时，粒子动量的不确定性更大；反之亦然，故不能同时准确确定粒子的位置和动量，不确定性关系是自然界中的普遍规律，对微观世界的影响显著，对宏观世界的影响可忽略，故C、D正确一、选择题考点一物质波的理解1关于物质波，下列说法正确的是()A速度相等的电子和质子，电子的波长长B动能相等的电子和质子，电子的波长短C动量相等的电子和中子，中子的波长短D甲电子的速度是乙电子的3倍，甲电子的波长也是乙电子的3倍答案A解析由可知，动量大的波长短，电子与质子的速度相等时，电子动量小，波长长，A正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系p可知，电子的动量小，波长长，B错误；动量相等的电子和中子，其波长应相等，C错误；如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲的速度是乙的3倍，甲的动量也是乙的3倍，则甲的波长应是乙的，D错误2关于光子和运动着的电子，下列论述正确的是()A光子和电子一样都是实物粒子B光子能发生衍射现象，电子不能发生衍射现象C光子和电子都具有波粒二象性D光子具有波粒二象性，而电子只具有粒子性答案C解析物质可分为两大类：一是质子、电子等实物；二是电场、磁场等，统称场光是传播着的电磁场根据物质波理论，一切运动的物体都具有波动性，故光子和电子都具有波粒二象性综上所述，C选项正确3利用金属晶格(大小约1010m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是使电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中不正确的是()A该实验说明了电子具有波动性B实验中电子束的德布罗意波长为C加速电压U越大，电子的衍射现象越不明显D若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显答案D解析实验得到了电子的衍射图样，说明电子这种实物粒子发生了衍射，说明电子具有波动性，故A正确；由动能定理可得，eUmv20，电子加速后的速度v，电子德布罗意波的波长，故B正确；由电子的德布罗意波的波长公式可知，加速电压U越大，电子德布罗意波的波长越短，衍射现象越不明显，故C正确；物体动能与动量的关系是p，由于质子的质量远大于电子的质量，所以动能相同的质子的动量远大于电子的动量，由可知，相同动能的质子的德布罗意波的波长远小于电子德布罗意波的波长，波长越小，衍射现象越不明显，因此相同动能的质子代替电子，衍射现象将更加不明显，故D错误考点二不确定性关系的理解4从衍射的规律可以知道，狭缝越窄，屏上中央亮条纹就越宽，由不确定性关系xpx，判断下列说法正确的是()A入射的粒子有确定的动量，射到屏上粒子就有准确的位置B狭缝的宽度变小了，因此粒子动量的不确定量也变小了C更窄的狭缝可以更准确地测得粒子的位置，但粒子动量的不确定量却更大了D可以同时确定粒子的位置和动量答案C解析由xpx知，狭缝变窄了，即x减小了，px变大，即动量的不确定量变大，故C正确，A、B、D错误5(多选)以下说法正确的是()A微观粒子不能用“轨道”观点来描述粒子的运动B微观粒子能用“轨道”观点来描述粒子的运动C微观粒子位置不能精确确定D微观粒子位置能精确确定答案AC解析微观粒子的动量和位置是不能同时精确确定的，这也