(教用word)第6章 第2节 实物粒子的波粒二象性-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册(鲁科版2019)

第2节　实物粒子的波粒二象性 学业要求＋核心素养 1．知道实物粒子具有波动性，会计算物质波的波长。(科学思维) 2．知道不确定性关系的具体含义。(科学思维) 3．了解人类认识世界的发展性，体会人类对世界的探究是不断深入的过程。(科学态度与责任) 一、德布罗意假说及其实验探索 1．基础梳理 (1)德布罗意波 德布罗意提出实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都有一个对应波，人们称这种波为物质波或德布罗意波。 (2)物质波的波长、频率与粒子能量、动量的关系 ①粒子能量E与相应波的频率ν之间的关系为E＝hν。 ②动量p与相应波长λ之间的关系为p＝。 (3)物质波的实验验证 ①1927年，戴维孙和革末通过实验首次发现了电子的衍射现象。 ②1927年，汤姆孙用实验证明，电子在穿过金属片后像X射线一样产生衍射现象，也证实了电子的波动性。 ③1960年，约恩孙直接做了电子双缝干涉实验，从屏上摄得了类似杨氏双缝干涉图样的照片。 2．尝试探究 运动着的宏观物体具有波动性，为什么我们很难观察到宏观物体的波动性？ 提示：由p＝得，λ＝，宏观物体的动量比微观粒子的动量大得多，运动着的宏观物体的波长都很短，而波长越长波动性越明显，所以我们很难观察到宏观物体的波动性。 二、不确定性关系 1．基础梳理 (1)在微观世界中，粒子的位置和动量存在不确定性，不能同时确定。 (2)不确定性关系：ΔxΔp≥。 式中，Δx为位置的不确定范围，Δp为动量的不确定范围，h为普朗克常量。 (3)此式表明，不能同时精确确定一个微观粒子的位置和动量。 2．尝试探究 在微观物理学中，我们不可能同时准确地知道某个粒子的位置和动量，那么粒子出现的位置是否就无规律可循？ 提示：粒子出现的位置还是有规律可循的，那就是统计规律，比如干涉、衍射的亮斑位置就是粒子出现概率大的位置。 1．判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)电子不但具有粒子性也具有波动性。 (　√　) (2)物质波的波长由粒子的大小决定。 (　×　) (3)物质波的波长和粒子运动的动量有关。 (　√　) (4)对于微观粒子，不可能同时准确地知道其位置和动量。 (　√　) 2．在做双缝干涉实验时，发现100个光子中有96个通过双缝后打到了观察屏上的b处，则b处可能是(　　) A．亮纹 B．暗纹 C．既有可能是亮纹也有可能是暗纹 D．以上各种情况均有可能 A　解析：根据波的概率分布的特点去判断，由于大部分光子都落在b处，故b处可能是亮纹，选项A正确。 3．(多选)下列说法正确的是(　　) A．宏观物体的动量和位置可准确测定 B．微观粒子的动量和位置可准确测定 C．微观粒子的动量和位置不可同时准确测定 D．宏观物体的动量和位置不可同时准确测定 AC　解析：由不确定性关系知，宏观物体的不确定量较小，一般认为其动量和位置确定，选项A正确，选项D错误；我们不能同时确定单个微观粒子的动量和位置，选项B错误，选项C正确。 4．如果一个电子的德布罗意波波长和一个中子的相等，则它们相等的物理量是(　　) A．速度　　　　　　 B．动能 C．动量 D．总能量 C　解析：由德布罗意波的波长公式λ＝知二者的动量应相同，故选项C正确；由p＝mv可知二者速度不同，由Ek＝mv2＝可知二者动能不同，由E＝mc2可知二者总能量也不同，选项A、B、D均错。 5．质量为m＝6.64×10－27 kg的α粒子通过宽度为a＝0.1 mm的狭缝后，其速度的不确定量约为多少？若其速度v＝3×107 m/s，它能否看成经典粒子？ 解析：α粒子的位置不确定量Δx＝a，由不确定性关系ΔxΔp≥及Δp＝mΔv，得Δv≥＝8×10－5m/s，因 v≫Δv，故能看成经典粒子处理。 答案：8×10－5 m/s　能 6．已知＝5.3×10－35J·s。试求下列情况中速度测定的不确定量： (1)一个球的质量m＝1.0 kg，测定其位置的不确定量为10－6 m； (2)电子的质量me＝9.1×10－31 kg，测定其位置的不确定量为10－10m(即在原子的数量级)。 解析：(1)m＝1.0 kg，Δx1＝10－6 m，由ΔxΔp≥及Δp＝mΔv知Δv1≥＝5.3×10－29 m/s。 (2)me＝9.1×10－31kg，Δx2＝10－10 m，同理得Δv2≥5.8×105 m/s。 答案：(1)5.3×10－29 m/s　(2)5.8×105 m/s 　 　　　物质波波长的计算方法 如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以103 m/s的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多长？(中子的质量为1.67×10－27 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s) 解析：中子的动量为p1＝m1v 子弹的动量为p2＝m2v 根据λ＝知中子和子弹的德布罗意波的波长分别为