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第五節(jié)德布羅意波,第二章波粒二象性,欄目鏈接,學(xué)習(xí)目標(biāo),1．知道德布羅意波假說．2．了解電子衍射現(xiàn)象及意義．3．了解“不確定關(guān)系”的具體含義．,,,,欄目鏈接,任何運動著的物體，都有一種波與它相對應(yīng)嗎？提示：任何運動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波與它相對應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波．,德布羅意波,1．德布羅意波假說的內(nèi)容．任何一個實物粒子都和一個波相對應(yīng)．,欄目鏈接,2．德布羅意波假說的提出背景．德布羅意認(rèn)識到人們討論光時過分地強(qiáng)調(diào)了波動性，忽略了粒子性，同樣，在討論實物粒子時，人們只討論粒子性，忽略了波動性，于是把光的波粒二象性推廣到了實物粒子，用類比的方法，從理論上預(yù)言了物質(zhì)波的存在．3．德布羅意波．(1)定義：實物粒子所對應(yīng)的波稱為德布羅意波，也稱為物質(zhì)波．(2)德布羅意波長與動量的關(guān)系：λ＝其中λ是德布羅意波長，h是普朗克常量，p是相應(yīng)的實物粒子的動量．,欄目鏈接,4．對德布羅意波的理解．(1)德布羅意假說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，即光子與實物粒子都具有粒子性，又都具有波動性，與光子對應(yīng)的波是電磁波，與實物粒子對應(yīng)的波是物質(zhì)波．(2)物質(zhì)波也是概率波．在一般情況下，對于電子和其他微觀粒子，不能用確定的坐標(biāo)來描述它們的位置，因此也無法用軌跡描述它們的運動，但是它們在空間各處出現(xiàn)的概率是受波動規(guī)律支配的．,欄目鏈接,一顆質(zhì)量為5kg的炮彈．(1)以200m/s的速度運動時，它的德布羅意波長為多大？(2)若要使它的德布羅意波長與波長是400nm的紫光波長相等，則它必須以多大的速度運動？解析：(1)炮彈的德布羅意波長為：(2)由λ＝得炮彈的運動速度為：v′＝＝3.3m/s.答案：(1)6.63m(2)3.3m/s,欄目鏈接,方法總結(jié)：明確德布羅意波的含義，正確應(yīng)用公式．實物粒子也具有波動性，這種波稱之為物質(zhì)波，也叫德布羅意波．物質(zhì)波波長，公式中λ為德布羅意波波長，h為普朗克常量，p為粒子動量．對物理原理公式的理解關(guān)鍵在于對各物理量意義的理解．?課堂訓(xùn)練1．下列關(guān)于德布羅意波的認(rèn)識，正確的解釋是(C)A．任何一個物體都有一種波和它對應(yīng)，這就是物質(zhì)波B．X光的衍射證實了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的,欄目鏈接,C．電子的衍射證實了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的D．宏觀物體運動時，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀物體不具有波動性解析：運動的物體才具有波動性，A項錯誤．宏觀物體由于動量太大，德布羅意波長太小，所以看不到它的干涉、衍射現(xiàn)象，但仍有波動性，D項錯誤；X光是波長極短的電磁波，是光子，它的衍射不能證實物質(zhì)波的存在，B項錯誤．只有C項正確．,不確定關(guān)系的理解與應(yīng)用,在經(jīng)典物理學(xué)中，一個質(zhì)點的位置和動量是可以同時精確測定的，對于微觀粒子，它的位置和動量能同時被精確測定嗎？能用“軌跡”來描述粒子的運動嗎？試以粒子的衍射現(xiàn)象為例加以說明．提示：微觀粒子的位置和動量不能同時被精確測定．在粒子的衍射現(xiàn)象中，設(shè)有粒子通過狹縫后落在屏上，狹縫寬度為a(用坐標(biāo)表示為Δx)，那么某個粒子通過狹縫時位于縫中的哪一點是不確定的，不確定的范圍為Δx；,欄目鏈接,由于微觀粒子具有波動性，經(jīng)過狹縫后會發(fā)生衍射，有些粒子會偏離原來的運動方向跑到了投影位置以外的地方，這就意味著粒子有了與原來運動方向垂直的動量(位于與原運動方向垂直的平面上)．又由于粒子落在何處是隨機(jī)的，所以粒子在垂直于運動方向的動量具有不確定性，不確定量為Δp.根據(jù)ΔxΔp≥知，如果Δx更小，則Δp更大，也就是不可能同時準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動量，因而也就不可能用“軌跡”來描述粒子的運動．,欄目鏈接,經(jīng)典力學(xué)中運動物體有完全確定的位置、動量、能量等．微觀粒子中位置、動量等具有不確定量(概率)，也就是不能同時用位置和動量來描述粒子的運動．微觀粒子的運動不可能同時具有確定的位置和動量．如果以Δx表示粒子位置的不確定量，以Δp表示粒子在x軸方向上的動量的不確定量，那么ΔxΔp≥，h為普朗克常量．粒子位置的不確定量Δx越小(微觀粒子的坐標(biāo)測得越準(zhǔn)確)，動量的不確定量Δpx就越大，反之亦然．,欄目鏈接,但這里要注意，不確定關(guān)系不是說微觀粒子的坐標(biāo)測不準(zhǔn)；也不是說微觀粒子的動量測不準(zhǔn)；更不是說微觀粒子的坐標(biāo)和動量都測不準(zhǔn)；而是說微觀粒子的坐標(biāo)和動量不能同時測準(zhǔn)．這是因為微觀粒子的坐標(biāo)和動量本來就不同時具有確定量．這本質(zhì)上是微觀粒子具有波粒二象性及粒子空間分布遵從統(tǒng)計規(guī)律的必然反映．不確定關(guān)系提供了一個判斷依據(jù)：當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制可以忽略時，則可以用經(jīng)典理論來研究粒子的運動．當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制不可以忽略時，那只能用量子力學(xué)理論來處理問題．,欄目鏈接,欄目鏈接,由不確定關(guān)系可知，原子中的電子在原子核的周圍運動是不確定的，因而不能用“軌道”來描述它的運動．電子在空間各點出現(xiàn)的概率是不同的．當(dāng)原子處于穩(wěn)定狀態(tài)時，電子會形成一個穩(wěn)定的概率分布．人們常用一些小圓點來表示這種概率分布，概率大的地方小圓點密一些；概率小的地方小圓點疏一些，這樣的概率分布圖稱為電子云．電子云是原子核核外電子位置不確定的反映．設(shè)子彈的質(zhì)量為0.01kg，槍口直徑為0.5cm，試求子彈射出槍口時橫向速度的不確定量．,解析：槍口直徑可以當(dāng)做子彈射出槍口位置的不確定量Δx，由于Δpx＝mΔvx，由不確定性關(guān)系式得子彈射出槍口時橫向速度的不確定量．答案：大于等于1.06m/s?課堂訓(xùn)練2．電子的運動受波動性的支配，對氫原子的核外電子，下列說法錯誤的是(C),A．電子繞核運動的“軌道”其實是沒有意義的B．電子軌道只不過是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置C．電子繞核運動時，電子邊運動邊振動D．電子在核外的位置是不確定的解析：微觀粒子的運動是不確定的，電子軌道只是電子出現(xiàn)概率比較大的位置，軌道其實沒有實際意義，所以選項A、B、D正確．電子在空間出現(xiàn)的概率受波動規(guī)律支配，并不是像機(jī)械波那樣，所以選項C錯誤．,