2.4 实物是粒子还是波-【步步高】2019版学案导学与随堂笔记物理（沪科版选修3-5）

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λ＝，ν＝. (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 ①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ν＝和λ＝关系同样正确． ②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Δx与动量的不确定量Δp有什么关系？[来源:学#科#网Z#X#X#K] 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：ΔxΔp≥[来源:学_科_网] [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．[来源:Z。xx。k.Com] 2．表达式：ΔxΔpx≥. 其中以Δx表示粒子位置的不确定量，以Δpx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 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