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粤教版 (2019)选择性必修 第三册第四章 波粒二象性第五节 不确定性关系教课课件ppt
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这是一份粤教版 (2019)选择性必修 第三册第四章 波粒二象性第五节 不确定性关系教课课件ppt，共24页。
知识点一 德布罗意波假说和电子衍射1．德布罗意波假说．(1)1924年，法国物理学家德布罗意提出一个大胆假设：任何一个实物粒子都和一个波相对应，这种波被称为德布罗意波，也称为物质波．
2．电子衍射．(1)1927年，美国工程师戴维孙和英国物理学家汤姆生发现了电子在晶体上的衍射图样，证明德布罗意假说的正确性．这有力地证明了实物粒子也具有波动性．(2)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的最准确的描述是概率波．
2．意义：微观粒子的波粒二象性及不确定性关系，在本质上是一致的．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，而是只能通过概率波做统计性的描述．
小试身手1．在历史上，最早证明了德布罗意波存在的实验是( )A．弱光衍射实验B．电子束在晶体上的衍射实验C．弱光干涉实验D．以上选项都不正确
B 解析：最早证明德布罗意波假说的是电子束在晶体上的衍射实验．故B正确．
2．(多选)下述说法正确的是( )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．宏观粒子的动量和位置不可同时准确测定
AC 解析：宏观物体在经典力学中，位置和动量可以同时精确测定，在量子理论建立以后，微观粒子的动量和位置要同时测出是不太可能的．
探究一 对德布罗意波的理解1．对物质波的理解．(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的缘故．(2)粒子在空间各处出现的概率受统计规律支配，不要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．
►特别提醒 (1)在宏观现象中，波与粒子是对立的概念，而在微观世界中，波与粒子可以统一．(2)这里所说的粒子性和波动性，既不是宏观观念的波，也不是宏观观念的粒子．光具有波粒二象性是指光在传播过程中和同物质作用时分别表现出波和粒子的特性．
【典例1】 一颗质量为5.0 kg的炮弹(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光在真空中的速度c＝3×108 m/s)：(1)以200 m/s的速度运动时，它的德布罗意波长多大？(2)假设它以光速运动，它的德布罗意波长多大？(3)若要使它的德布罗意波波长与波长是400 nm的紫光波长相等，则它必须以多大的速度运动？
1．(多选)根据物质波的理论，下列说法正确的是 ( )A．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B．微观粒子和宏观物体都具有波动性C．宏观物体的波动性不易被察觉，因为它的波长太长D．速度相同的质子和电子，电子的波动性更为明显
BD 解析：一切运动物体都有一种波与它相对应，所以宏观物体也具有波动性，选项A错误，B正确；物质波的波长与其动量成反比，因宏观物体的动量较大，所以其德布罗意波的波长非常短，不易观察到其波动性，选项C错误；速度相同的质子和电子，电子的质量较小，动量较小，物质波的波长较长，故其波动性明显，选项D正确．
2．(多选)关于物质波，下列认识中错误的是 ( )A．任何运动的物体都伴随一种波，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．与宏观物体相联系的物质波不具有干涉、衍射等现象
BD 解析：任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有与其本身相联系的波，这就是物质波，故A正确；X射线的本质是电磁波，X射线的衍射实验，证实了X射线的波动性，故B错误；电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的，故C正确；物质波具有干涉、衍射等现象，故D错误．
3．在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波波长与晶体中原子间距相近．已知中子质量m＝1.67×10－27 kg，普朗克常量h＝6.63×10－14 J·s，可以估算德布罗意波波长λ＝1.82×10－10 m的热中子动能的数量级为 ( )A．10－17 J B．10－19 JC．10－21 J D．10－24 J
探究二 对不确定性关系的理解1．经典力学中运动物体有完全确定的位置、动量、能量等．而微观粒子中位置、动量等具有不确定量(概率)．微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量，粒子位置的不确定量Δx越小，动量的不确定量Δpx就越大，反之亦然．不确定性关系是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然结果．2．不确定性关系式表明．(1)微观粒子的坐标测得越精确(Δx→0)，动量就越不精确(Δpx→∞)．(2)微观粒子的动量测得越精确(Δpx→0)，坐标就越不精确(Δx→∞)．
(3)不确定性关系不是说微观粒子的坐标测不精确；也不是说微观粒子的动量测不精确；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不精确；而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测精确．这是因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量，这本质上是微观粒子具有波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然反映．
4．不确定性关系表明无论采用什么方法试图确定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．5．微观粒子和宏观物体的特性对比．
知识点一 德布罗意波假说和电子衍射1．德布罗意波假说．(1)1924年，法国物理学家德布罗意提出一个大胆假设：任何一个实物粒子都和一个波相对应，这种波被称为德布罗意波，也称为物质波．
2．电子衍射．(1)1927年，美国工程师戴维孙和英国物理学家汤姆生发现了电子在晶体上的衍射图样，证明德布罗意假说的正确性．这有力地证明了实物粒子也具有波动性．(2)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的最准确的描述是概率波．
2．意义：微观粒子的波粒二象性及不确定性关系，在本质上是一致的．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，而是只能通过概率波做统计性的描述．
小试身手1．在历史上，最早证明了德布罗意波存在的实验是( )A．弱光衍射实验B．电子束在晶体上的衍射实验C．弱光干涉实验D．以上选项都不正确
B 解析：最早证明德布罗意波假说的是电子束在晶体上的衍射实验．故B正确．
2．(多选)下述说法正确的是( )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．宏观粒子的动量和位置不可同时准确测定
AC 解析：宏观物体在经典力学中，位置和动量可以同时精确测定，在量子理论建立以后，微观粒子的动量和位置要同时测出是不太可能的．
探究一 对德布罗意波的理解1．对物质波的理解．(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的缘故．(2)粒子在空间各处出现的概率受统计规律支配，不要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．
►特别提醒 (1)在宏观现象中，波与粒子是对立的概念，而在微观世界中，波与粒子可以统一．(2)这里所说的粒子性和波动性，既不是宏观观念的波，也不是宏观观念的粒子．光具有波粒二象性是指光在传播过程中和同物质作用时分别表现出波和粒子的特性．
【典例1】 一颗质量为5.0 kg的炮弹(普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，光在真空中的速度c＝3×108 m/s)：(1)以200 m/s的速度运动时，它的德布罗意波长多大？(2)假设它以光速运动，它的德布罗意波长多大？(3)若要使它的德布罗意波波长与波长是400 nm的紫光波长相等，则它必须以多大的速度运动？
1．(多选)根据物质波的理论，下列说法正确的是 ( )A．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B．微观粒子和宏观物体都具有波动性C．宏观物体的波动性不易被察觉，因为它的波长太长D．速度相同的质子和电子，电子的波动性更为明显
BD 解析：一切运动物体都有一种波与它相对应，所以宏观物体也具有波动性，选项A错误，B正确；物质波的波长与其动量成反比，因宏观物体的动量较大，所以其德布罗意波的波长非常短，不易观察到其波动性，选项C错误；速度相同的质子和电子，电子的质量较小，动量较小，物质波的波长较长，故其波动性明显，选项D正确．
2．(多选)关于物质波，下列认识中错误的是 ( )A．任何运动的物体都伴随一种波，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．与宏观物体相联系的物质波不具有干涉、衍射等现象
BD 解析：任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有与其本身相联系的波，这就是物质波，故A正确；X射线的本质是电磁波，X射线的衍射实验，证实了X射线的波动性，故B错误；电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的，故C正确；物质波具有干涉、衍射等现象，故D错误．
3．在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波波长与晶体中原子间距相近．已知中子质量m＝1.67×10－27 kg，普朗克常量h＝6.63×10－14 J·s，可以估算德布罗意波波长λ＝1.82×10－10 m的热中子动能的数量级为 ( )A．10－17 J B．10－19 JC．10－21 J D．10－24 J
探究二 对不确定性关系的理解1．经典力学中运动物体有完全确定的位置、动量、能量等．而微观粒子中位置、动量等具有不确定量(概率)．微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量，粒子位置的不确定量Δx越小，动量的不确定量Δpx就越大，反之亦然．不确定性关系是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然结果．2．不确定性关系式表明．(1)微观粒子的坐标测得越精确(Δx→0)，动量就越不精确(Δpx→∞)．(2)微观粒子的动量测得越精确(Δpx→0)，坐标就越不精确(Δx→∞)．
(3)不确定性关系不是说微观粒子的坐标测不精确；也不是说微观粒子的动量测不精确；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不精确；而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测精确．这是因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量，这本质上是微观粒子具有波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然反映．
4．不确定性关系表明无论采用什么方法试图确定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．5．微观粒子和宏观物体的特性对比．
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