1、第五节德布罗意波第五节德布罗意波第二章波粒二象性第二章波粒二象性 学习目标学习目标1.知道实物粒子具有波动性知道实物粒子具有波动性2通过对实物波实验内容的学习，感受实验探究这一重要方通过对实物波实验内容的学习，感受实验探究这一重要方法法3初步了解不确定性关系的内容，感受数学工具在物理学发初步了解不确定性关系的内容，感受数学工具在物理学发展过程中的作用展过程中的作用第二章波粒二象性第二章波粒二象性 一、德布罗意波假说一、德布罗意波假说1德布罗意波：德布罗意波：任何一个任何一个_都和一个波相对应都和一个波相对应这种波称为德布罗意波，也称为这种波称为德布罗意波，也称为_2物质波的波长与其动量之间的关
2、系式物质波的波长与其动量之间的关系式粒子的动量粒子的动量p与平面波的频率与平面波的频率和波长和波长之间的关系为之间的关系为_.实物粒子实物粒子物质波物质波想一想想一想1.射击运动员射击时会因为子弹的波动性而射击运动员射击时会因为子弹的波动性而“失失准准”吗？为什么？根据现实情况下子弹质量、速度大小所对吗？为什么？根据现实情况下子弹质量、速度大小所对应的德布罗意波长来做定性说明应的德布罗意波长来做定性说明.提示：提示：不会不会.因为宏观的子弹质量、速度大，动量大，德布因为宏观的子弹质量、速度大，动量大，德布罗意波长非常小罗意波长非常小.二、电子衍射二、电子衍射1物质波的实验验证：物质波的实验验证
3、：1927年戴维孙和汤姆生分别利用晶体年戴维孙和汤姆生分别利用晶体做了做了_实验，得到了电子的实验，得到了电子的_，证明了德布罗，证明了德布罗意波的假说意波的假说2实物粒子的波粒二象性：实物粒子的波粒二象性：波粒二象性是包括光子在内的一波粒二象性是包括光子在内的一切微观粒子的共同特征，和光子一样，对微观粒子运动状态切微观粒子的共同特征，和光子一样，对微观粒子运动状态的最准确的描述是的最准确的描述是_衍射衍射衍射图样衍射图样概率波概率波三、电子云三、电子云当原子处于稳定状态时，电子会形成一个稳定的概率分布，当原子处于稳定状态时，电子会形成一个稳定的概率分布，人们常用一些小圆点来表示这种概率分布，
4、概率大的地方小人们常用一些小圆点来表示这种概率分布，概率大的地方小圆点圆点_一些，概率小的地方小圆点一些，概率小的地方小圆点_一些，这样的一些，这样的概率分布图称为电子云概率分布图称为电子云密密疏疏四、不确定性关系四、不确定性关系1.不确定性关系：不确定性关系：用用x表示微观粒子位置的不确定性表示微观粒子位置的不确定性,用用p表示微观粒子在表示微观粒子在x方向上的动量的不确定性方向上的动量的不确定性,那么那么_,式中式中h是普朗克常量是普朗克常量2意义：意义：微观粒子的波粒二象性及不确定性关系，在本质上微观粒子的波粒二象性及不确定性关系，在本质上是是_的它们都导致了一个共同的结果：微观粒子运动
5、的它们都导致了一个共同的结果：微观粒子运动的状态，不能像宏观物体的运动那样通过确定的轨迹来描述的状态，不能像宏观物体的运动那样通过确定的轨迹来描述,而是只能通过概率波作统计性的描述而是只能通过概率波作统计性的描述一致一致想一想想一想2.“在微观物理学中，由于我们不可能同时准确地在微观物理学中，由于我们不可能同时准确地知道某个粒子的位置和动量，粒子出现的位置是无规律可循知道某个粒子的位置和动量，粒子出现的位置是无规律可循的的”你认为呢？你认为呢？提示：提示：虽然我们不可能同时准确地知道某个粒子的位置和动虽然我们不可能同时准确地知道某个粒子的位置和动量，但粒子的运动却有规律可循，那就是统计规律，比
6、如，量，但粒子的运动却有规律可循，那就是统计规律，比如，衍射的亮斑位置就是粒子出现概率大的位置衍射的亮斑位置就是粒子出现概率大的位置理解德布罗意波理解德布罗意波2德布罗意波和光波一样，也是概率波，即实物粒子在空间德布罗意波和光波一样，也是概率波，即实物粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配微观粒子的运动状态不可各处出现的概率受波动规律支配微观粒子的运动状态不可能用能用“轨迹轨迹”来描述，只能通过大量粒子的运动做统计性的来描述，只能通过大量粒子的运动做统计性的描述因此电子在原子内没有确定的值，在原子核外任何地描述因此电子在原子内没有确定的值，在原子核外任何地方都有可能出现，只是概率不同用点的疏密
7、描绘出来就是方都有可能出现，只是概率不同用点的疏密描绘出来就是电子云电子云3根据德布罗意波假说，实物粒子也具有波粒二象性，宏观根据德布罗意波假说，实物粒子也具有波粒二象性，宏观物体的动量比较大，所以德布罗意波波长很短，波动性不明物体的动量比较大，所以德布罗意波波长很短，波动性不明显微观粒子的德布罗意波波长较长，在一些特定环境下可显微观粒子的德布罗意波波长较长，在一些特定环境下可以观察到他们的干涉和衍射等波的现象以观察到他们的干涉和衍射等波的现象特别提醒：特别提醒：电子的衍射等现象证明电子具有波动性，也为德电子的衍射等现象证明电子具有波动性，也为德布罗意假设提供了实验依据电子的波动性和粒子性是统
8、一布罗意假设提供了实验依据电子的波动性和粒子性是统一的，并不是相互矛盾的，并不是相互矛盾 如果一个中子和一个质量为如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以的子弹都以103 m/s的速的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多长？度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多长？(中子的质中子的质量为量为1.671027 kg)答案答案4.01010 m6.631035 m1(2013高考江苏卷改编高考江苏卷改编)如果一个电子的德布罗意波长和一如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的个中子的相等，则它们的_也相等也相等A速度速度 B动能动能C动量动量 D质量质量C理解不确定性关系理解不
9、确定性关系2普朗克常量在不确定性关系中扮演重要角色，如果普朗克常量在不确定性关系中扮演重要角色，如果h的值的值可忽略不计，这时物体的位置、动量可同时有确定的值，如可忽略不计，这时物体的位置、动量可同时有确定的值，如果果h的值不能忽略，这时不确定性关系也就表现的不可忽略，的值不能忽略，这时不确定性关系也就表现的不可忽略，必须考虑微粒的波粒二象性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成为划分经典物理学和量子力学的一个界限学的一个界限特别提醒：特别提醒：不确定性关系不是说微观粒子的坐标测不准；也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.不确定性关系是自然界的一条客观规律，不是测量技术和主不确定性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观能力的问题 在单缝衍射实验中，若单缝宽度是在单缝衍射实验中，若单缝宽度是1.0109 m，那么，那么光子经过单缝发生衍射，动量不确定量是多少？光子经过单缝发生衍射，动量不确定量是多少？答案答案p0.531025 kgm/sCD
