1、第四节德布罗意波第五节不确定性关系核心素养明目标核心素养学习目标物理观念知道德布罗意波，了解电子衍射，知道实物粒子也具有波粒二象性，知道不确定关系，会解释相关的自然现象科学思维理解物质波的概念，知道物质波的实验验证，会计算实物粒子的德布罗意波的波长科学探究感悟科学探究，提出大胆猜想和假说，寻找有效的方法加以验证科学态度与责任感受人类认识世界的曲折过程和科学之美，体验实物波与不确定关系对现实生活的指导，培养科学探索的兴趣知识点一德布罗意波假说1德布罗意波：法国物理学家德布罗意假设：实物粒子和光一样具有波粒二象性这种与实物粒子相联系的波后来被称为德布罗意波，也叫物质波2公式：式中是德布罗意波的波长
2、，p是相应的实物粒子的动量一般实物粒子的德布罗意波的波长太短，不易检测到知识点二电子衍射11925年，美国工程师戴维森在实验中发现了电子的衍射现象2电子衍射实验证明了德布罗意波假说正确3电子不仅会发生衍射，而且会发生干涉，由此可见，实物粒子的确具有波动性4各种实物粒子既具有粒子性，也具有波动性，即都具有与光一样的波粒二象性电子和光一样都是概率波知识点三不确定关系1微观粒子的位置与动量不可同时被确定2不确定性关系式：xp.式中h是普朗克常量，x是位置的不确定量，p是动量的不确定量量子论和相对论共同成为当今物理科学的两大基础理论1思考判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)电子不但具有粒子性也具有
3、波动性()(2)物质波的波长和粒子运动的动量有关()(3)我们可以根据电子的运动轨迹判断电子的出现位置()(4)微观世界中不可以同时测量粒子的动量和位置()答案(1)(2)(3)(4)2(多选)关于物质波，下列说法中正确的是()A实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是相同本质的物质B电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的C粒子的动量越小，其波动性越易观察D粒子的动量越大，其波动性越易观察BC实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，但实物粒子与光子不是相同本质的物质，选项A错误；电子的衍射实验证实了物质波的假设是正确的，选项B正确；根据德布罗意的物质波公式，可知粒子的动量越大，波
4、长越短，且波动性越不明显；粒子的动量越小，波长越长，其波动性越明显，越容易观察，选项C正确，D错误3(多选)在单缝衍射实验中，从微观粒子运动的不确定性关系可知()A不可能准确地知道单个粒子的运动情况B缝越窄，粒子位置的不确定性越大C缝越宽，粒子位置的不确定性越大D缝越宽，粒子动量的不确定性越大AC由不确定性关系xp知缝越宽时，位置不确定性越大，则动量的不确定性越小，反之亦然，因此选项AC正确 考点1对德布罗意波的理解一位战士在实战训练时子弹脱靶，在分析脱靶的原因时，突然想起德布罗意波长公式后，认为未击中的原因可能与子弹的波动性有关，这是失误的理由吗？提示对于宏观物体子弹来说，物质波波长仅为10
5、34 m左右，因为波长越长衍射现象越显著，动量大的子弹的波动性忽略不计，仍沿确定的轨道运动，所以未沿击中靶的抛物线运动，原因是未瞄准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粒子在空间各处出现的几率受统计规律支配，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【典例1】(多选)为了观察晶体的原子排列，可以采用下列方法：(1)用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜成
6、像(由于电子的物质波波长很短，能防止发生明显的衍射现象，因此电子显微镜的分辨率高)；(2)利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列则下列分析正确的是()A电子显微镜所利用的电子的物质波的波长比原子尺寸小得多B电子显微镜中电子束运动的速度应很小C要获得晶体的X射线衍射图样，X射线波长要远小于原子的尺寸D中子的物质波波长可以与原子尺寸相当思路点拨(1)因电子的速度很大，所以电子的动量比原子的动量大由知电子波长更短(2)发生明显衍射条件是波长与孔、障碍物的线度差不多AD由题目所给信息“电子的物质波波长很短，能防止发生明显的衍射现象”及发生衍射现象的条件可知，电子的物质波的波长比
7、原子尺寸小得多，A项正确；由德布罗意波长公式可知，当电子束的波长越短时，运动的速度越大，B项错误；由信息“利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生衍射现象的条件可知，中子的物质波波长或X射线的波长与原子尺寸相当，D项正确，C项错误有关德布罗意波计算的一般方法(1)计算物体的速度，再计算其动量如果知道物体动能也可以直接用p计算其动量(2)根据计算德布罗意波长(3)需要注意的是：德布罗意波长一般都很短，比一般的光波波长还要短，可以根据结果的数量级大致判断结果是否合理(4)宏观物体的波长小到可以忽略，其波动性很不明显1质子(H)和粒子(He)被加速到相同动能时，质子的动量_(选填“大于”“小于”
8、或“等于”)粒子的动量，质子和粒子的德布罗意波波长之比为_解析由p可知，动能相同时，质子的质量比粒子的质量小，因此动量更小；由可知，质子和粒子的德布罗意波波长之比为H21.答案小于21 考点2不确定性关系的理解对微观粒子的分析能不能用“轨迹”来描述呢？提示微观粒子的运动遵循不确定关系，也就是说，要准确确定粒子的位置，动量(或速度)的不确定性就更大；反之，要准确确定粒子的动量(或速度)，位置的不确定性就更大，也就是说不可能同时准确地知道粒子的位置和动量因而不可能用“轨迹”来描述粒子的运动1粒子位置的不确定性单缝衍射现象中，入射的粒子有确定的动量，但它们可以处于挡板左侧的任何位置，也就是说，粒子在
9、挡板左侧的位置是完全不确定的2粒子动量的不确定性(1)微观粒子具有波动性，会发生衍射大部分粒子到达狭缝之前沿水平方向运动，而在经过狭缝之后，有些粒子跑到投影位置以外这些粒子具有与其原来运动方向垂直的动量(2)由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是完全随机的，所以粒子在垂直方向上的动量也具有不确定性，不确定量的大小可以由中央亮条纹的宽度来衡量3位置和动量的不确定性关系：xp由xp可以知道，在微观领域，要准确地确定粒子的位置，动量的不确定性就更大；反之，要准确地确定粒子的动量，那么位置的不确定性就更大4微观粒子的运动没有特定的轨道由不确定关系xp可知，微观粒子的位置和动量是不能同时被确定的，这也就决定了
10、不能用“轨迹”的观点来描述粒子的运动【典例2】(多选)关于不确定性关系xp有以下几种理解，正确的是()A微观粒子的动量不可确定B微观粒子的位置不可确定C微观粒子的动量和位置不可同时确定D不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于宏观物体思路点拨由xp知当p动量更小时，x位置会更大；反之当x更小时，p会更大，即x、p不能同时确定CD由xp可知，当粒子的位置不确定性小时，粒子动量的不确定性大；反之，当粒子的位置不确定性大时，粒子动量的不确定性小故不能同时测量粒子的位置和动量，故AB错误，C正确；不确定性关系是自然界中的普遍规律，对微观粒子的影响显著，对宏观物体的影响可忽略，故D正确对不确
11、定性关系的三点提醒(1)在宏观世界中物体的质量与微观世界中粒子的质量相比较，相差很多倍(2)根据计算的数据可以看出，宏观世界中的物体的质量较大，位置和速度的不确定量较小，可同时较精确地测出物体的位置和动量(3)在微观世界中粒子的质量较小，不能同时精确地测出粒子的位置和动量，不能准确把握粒子的运动状态2(多选)光通过单缝所发生的现象，用位置和动量的不确定性关系的观点加以解释，正确的是()A单缝宽，光是沿直线传播，这是因为单缝宽，位置不确定量x大，动量不确定量p小，可以忽略B当能发生衍射现象时，动量不确定量p就不能忽略C单缝越窄，中央亮纹越宽，是因为位置不确定量越小，动量不确定量越大的缘故D当发生
12、明显衍射现象时，位置的不确定量x不能忽略ABC光在传播过程中的位置和动量的不确定关系为xp.发生衍射时，动量不确定量p较大，不能忽略，故B正确；缝越宽p越小，缝越窄p越大，所以AC正确1物理观念：德布罗意波、物质波、不确定关系2科学思维：德布罗意波波长的计算，不确定性关系xp的理解3科学方法：假想法、实验法、计算法等1下列各种波不是概率波的是()A声波B无线电波C光波D物质波A概率波包括了物质波、电磁波等，无线电波和光波属于电磁波范围，所以也属于概率波，声波属于机械波，故A符合题意2(多选)关于不确定性关系，下列说法正确的是()A在微观世界中，粒子的位置和动量存在一定的不确定性，不能同时准确测
13、量B自然界中的任何物体的动量和位置之间都存在不确定性C海森堡不确定性关系说明粒子的位置和动量存在一定的不确定性，都不能测量D不确定性关系xp，x与p测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关ABD微观世界中，粒子的位置和动量存在一定的不确定性，不能同时准确测量，A正确；自然界中的任何物体的动量和位置之间都存在不确定性，B正确；如果同时测量某个微观粒子的位置和动量，位置的测量结果越精确，动量的测量误差就越大；反之，动量的测量结果越精确，位置的测量误差就越大，C错误；不确定关系xp，x与p测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关，D正确3(多选)以下说法正确的是()A微观粒子不能用“轨道”观点来描述
14、粒子的运动B微观粒子能用“轨道”观点来描述粒子的运动C微观粒子位置不能精确预测D微观粒子位置能精确预测AC微观粒子的动量和位置是不能同时确定的，这也就决定了不能用“轨道”的观点来描述粒子的运动(轨道上运动的粒子在某时刻具有确定的位置和动量)，故选项A正确由微观粒子的波粒二象性可知微观粒子位置不能精确预测，故选项C正确4(多选)下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波长和频率为1 MHz的无线电波的波长，由表中数据可知()物理量质量/kg速度/(ms1)波长/m弹子球2.01021.01023.31030电子(100 eV)9.010315.01061.21010无线电波(1 MHz)3.
15、01083.3102A要检测弹子球的波动性几乎不可能B无线电波通常情况下只表现出波动性C电子照射到金属晶体上能观察到波动性D只有可见光才有波动性ABC弹子球的波长相对太小，所以检测其波动性几乎不可能，A正确；无线电波波长较长，所以通常表现为波动性，B正确；电子波长与金属晶体尺度差不多，所以能利用金属晶体观察电子的波动性，C正确；由物质波理论知，D错误5一个电子(初动能视作零)经200 V电压加速，已知电子的质量为9.11031 kg，计算这个运动着的电子的波长原子大小的数量级为10141015m，当它在原子中或原子附近运动时，能否产生衍射现象？解析由Uemv2，p，可得电子波长8.71011 m.因原子大小的数量级为10141015 m，所以能产生衍射现象答案8.71011 m能产生衍射现象