2019-2020学年鲁科版物理选修3-5新素养同步讲义：第5章 第3节 实物粒子的波粒二象性 第4节 “基本粒子”

第3节 实物粒子的波粒二象性第4节 “基本粒子”与恒星演化

1.知道实物粒子具有波动性，会计算物质波的波长，知道电子云，初步了解不确定性关系．(重点＋难点)

2.初步了解粒子物理学的基础知识．

3.初步了解恒星的演化．

4.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．

[学生用书P70]

一、德布罗意波及其实验探究

1.德布罗意波 德布罗意提出，实物粒子也具有波动性，称这种波为物质波或德布罗意波．

2.粒子能量与相应的波的频率之间的关系：E ＝h ν．

3.物质波的动量与波长之间的关系：p ＝h λ

． 4.物质波的实验验证

(1)1927年，戴维孙和革末通过实验首次发现了电子的衍射现象．

(2)1927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．

(3)1960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．

1．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 ＝h λ得，λ＝h p

，宏观物体动量比微观粒子动量大得多，运动着的宏观物体的波长都很小，而波长越小波动性越不明显，所以我们很难观察到宏观物体的波动性．

二、不确定性关系与电子云 1.不确定性关系 (1)在微观世界中，粒子的位置和动量存在不确定性，不能同时测量．

(2)不确定性关系：Δx Δp ≥

h 4π

，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，不能同时精确测定一个微观粒子的位置和动量．

2.电子云

(1)定义：用点的疏密表示的电子出现的概率分布．

(2)电子的分布：某一空间范围内电子出现概率大的地方点密集，电子出现概率小的地

方点稀疏．电子云反映了原子核外电子位置的不确定性．

2．既然位置与动量具有不确定性，为什么宏观物体的位置和动量可以同时测量？

提示：由于普朗克常量是一个很小的量，对于宏观物体来说，其不确定性小到无法进行观测，因此不确定性关系对宏观物体是不重要的．即宏观物体的位置和动量是可以同时确定的．

三、基本粒子与恒星演化

1.基本粒子

(1)对粒子的认识过程

①“基本”粒子：电子、质子和中子，曾认为它们是组成物质的不可再分的基本粒子．后来又认识到“基本”粒子的复杂内部结构．

②人们对“基本”粒子的认识不断深化，逐渐形成了研究构成物质的基本单元和它们之间相互作用的学科——粒子物理学．微观粒子虽小，仍然具有复杂的结构．

(2)影响“基本粒子”的相互作用：引力相互作用、电磁力相互作用、强力相互作用、弱力相互作用．

(3)“基本粒子”家族：按粒子参与相互作用的性质来分类，可以将其分为媒介子、轻子和强子三种类型．

(4)“基本粒子”的探测：加速器和粒子探测器是研究粒子物理的主要工具．

2.恒星演化

(1)宇宙起源：宇宙大爆炸学说认为，宇宙起源于一个“奇点”．该奇点爆炸后宇宙不断膨胀，宇宙温度不断降低，经过几十亿年的冷却，宇宙物质形成了星云．星际物质密集成云的地方，往往正是恒星诞生的摇篮．

(2)恒星的演化过程：原恒星→主序星(现在太阳正处于此阶段)→红巨星或超新星→白矮星、中子星或黑洞．

3．星云是怎样形成原恒星的，恒星在哪个阶段停留的时间最长？

提示：星云在外界影响下聚集，某些区域在引力作用下开始向内收缩，密度不断增加，星云团中引力势能转化为内能，温度升高．当温度上升到一定程度时，开始发光，形成原恒星．恒星在主序星阶段停留时间最长．

理解德布罗意波[学生用书P71]

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．粒子能量E 与相应的波的频率ν之

间的关系为E ＝h ν，动量p 与相应波长λ之间的关系为p ＝h λ

，上述关系称为德布罗意关系． 2.德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波．

3.根据德布罗意假说，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．

(1)德布罗意波也是一种概率波，单个物体的运动具有偶然性，大量物体

的运动具有必然性．

(2)德布罗意波的波动性与粒子性是和谐的统一．

关于物质波，下列认识错误的是( )

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，验证了物质波假设是正确的

C ．电子的衍射实验，验证了物质波假设是正确的

D ．宏观物质尽管可以看成物质波，同样具有干涉、衍射等现象

[思路点拨] 由德布罗意的物质波假设的内容及实验探究进行分析判断．

[解析] 据德布罗意物质波理论，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，可见，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，故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所落的位置呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故D 选项正确．

[答案] B

对不确定性关系的理解[学生用书P72]

1.