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-1-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-2-第3节实物粒子的波粒二象性第4节“基本粒子”与恒星演化首页JICHUZHISHI基础知识ZHONGDIANNANDIAN重点难点SUITANGLIANXI随堂练习情境导入课程目标1.了解德布罗意物质波假说内容,知道德布罗意关系式。2.了解实物粒子和光子一样具有波粒二象性。3.知道不确定关系。4.知道恒星的演化史,了解恒星演化各个阶段的特点与名称。5.了解基本粒子的多样性及其分类,了解基本粒子间的相互作用,初步了解实验室发现基本粒子的原理和仪器。-3-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JICHUZHISHI基础知识首页ZHONGDIANNANDIAN重点难点SUITANGLIANXI随堂练习1.德布罗意的假设实物粒子也具有波动性,人们称这种波为物质波或德布罗意波。粒子的能量E和相应的波的频率ν间的关系为E=hν。粒子的动量p与相应的波长λ之间的关系为p=ℎ𝜆。2.德布罗意假说的实验探索1927年,戴维孙和革末通过实验首次发现了电子的衍射现象。1960年,约恩孙直接做了电子双缝干涉实验。这些结果都证明了电子具有波动性。3.不确定性关系在微观世界中,粒子的位置和动量存在不确定性,不能同时测量。这种不确定性存在如下关系ΔxΔp≥ℎ4π,这个关系通常称为不确定性关系。4.电子云用点的疏密表示的电子出现的概率分布,称为电子云。-4-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JICHUZHISHI基础知识首页ZHONGDIANNANDIAN重点难点SUITANGLIANXI随堂练习5.“基本粒子”初步质子、中子有着复杂的内部结构,它们由更小的基本粒子夸克构成,而夸克又可能由更小的基本粒子构成。(1)自然界存在四种相互作用:引力相互作用(引力)、电磁相互作用(电磁力)、强相互作用(强力)和弱相互作用(弱力)。(2)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。(3)加速器和粒子探测器是研究粒子物理的主要工具。6.恒星演化-5-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JICHUZHISHI基础知识首页ZHONGDIANNANDIAN重点难点SUITANGLIANXI随堂练习7.极大与极小的奇遇从0到10-35s,宇宙处于夸克和反夸克主导的弱电时期;到10-10s,宇宙又处于强子与轻子时期;到1s,宇宙则处于质子和中子结合成氢、氦、锂和氘核时期……宇宙学的一些观测数据及研究成果为高能物理学理论提供了依据,而天文学家又希望通过高能加速器等实验仪器了解一些宇宙大爆炸的证据。-6-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ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三物质波的理解和应用●问题导引●光的波粒二象性理论告诉我们:光既是电磁波,又是光子。这表明场和实物并非泾渭分明。那么,电子、质子、中子,甚至原子、分子是否也具有波动性?这就是法国物理学家德布罗意在1923年为自己提出的研究课题。提示:具有波动性。-7-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ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三●名师精讲●(1)任何一个运动的物体,小到电子、质子,大到行星、太阳都具有波动性,波长λ=ℎ𝑝。由于宏观物体的波长太小,其波动性不易观察到。(2)物质波是一种概率波,粒子在空间各处出现的概率服从波动规律。(3)德布罗意假说是光的波粒二象性的推动,实物粒子和光子都既具有粒子性,又具有波动性。与光子对应的波是电磁波,与实物粒子对应的是物质波。-8-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ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三【例题1】X射线是一种高频电磁波,若X射线在真空中的波长为λ,以h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,以ε和p分别表示X射线每个光子的能量和动量,则()A.ε=ℎ𝜆𝑐,p=0B.ε=ℎ𝜆𝑐,p=ℎ𝜆𝑐2C.ε=ℎ𝑐𝜆,p=0D.ε=ℎ𝑐𝜆,p=ℎ𝜆解析:根据ε=hν,且λ=ℎ𝑝,c=λν可得X射线每个光子的能量为:ε=ℎ𝑐𝜆,每个光子的动量为:p=ℎ𝜆。答案:D题后反思本题内容主要涉及三个公式的转化和灵活应用,光子能量的计算公式:ε=hν,德布罗意波长公式:λ=ℎ𝑝,波速、频率和波长三者之间的关系:c=λν。-9-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ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三不确定关系的理解和应用●问题导引●单个粒子的运动情况可否预知?粒子出现的位置是否无规律可循?提示:由不确定性关系可知,我们不能准确预知单个粒子的实际运动情况,但粒子出现的位置也并不是无规律可循,我们可以根据统计规律知道粒子在某点出现的概率。-10-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ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三●名师精讲●(1)粒子位置的不确定性。如果准确地测量出粒子的动量,那么粒子所处的位置是完全不确定的。(2)粒子动量的不确定性。微观粒子具有波动性,会发生衍射。在衍射现象中,某个粒子到达屏上的位置是不确定的,所以粒子在垂直于入射方向上的动量也具有不确定性。(3)位置和动量的不确定性关系。ΔxΔp≥ℎ4π。-11-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ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三(4)微观粒子的运动没有特定的轨道。在经典物理学中,可以同时用质点的位置和动量精确地描述它的运动。而且如果知道了质点的加速度,还可以预言质点在以后任意时刻的位置和动量,从而描述它的轨迹。但是,在微观物理学中,不确定关系告诉我们,如果要准确地确定粒子的位置,那么动量的测量一定会不准确,也就是说,不可能同时准确地知道单个粒子的位置和动量,因而也就不可能用轨迹来描述这一粒子的运动,但是我们可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律。一个宏观系统总是包含着大量粒子,因此我们仍然能够对宏观现象进行预测。-12-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ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三【例题2】已知ℎ4π=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=1.0kg,测定其位置的不确定量为10-6m。(2)电子的质量me=9.0×10-31kg,测定其位置的不确定量为10-10m(即在原子的数量级)。点拨:利用ΔxΔp≥ℎ4π计算。解析:(1)当m=1.0kg,Δx=10-6m时,由ΔxΔp≥ℎ4π,Δp=mΔv知Δv1≥ℎ4πΔ𝑥𝑚=5.3×10-3510-6×1.0m/s=5.3×10-29m/s。(2)当me=9.0×10-31kg,Δx=10-10m时Δv2≥ℎ4πΔ𝑥𝑚=5.3×10-3510-10×9.0×10-31m/s=5.89×105m/s。答案:(1)大于等于5.3×10-29m/s(2)大于等于5.89×105m/s-13-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ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三题后反思宏观世界中物体质量比微观世界中的物质(粒子)质量大许多倍,正是因为宏观物体质量较大,其位置和速度的不确定量极小,通常不计,可以认为其位置和速度(动量)可精确测定;而微观粒子由于其质量极小,其位置和动量的不确定性特明显,不可忽略。故不能准确描述粒子的运动状态。触类旁通通过对例题的计算,你认为物体质量的大小对其位置的确定有什么影响?解析:由计算结果可知,在ℎ4π一定时,质量越大,位置不确定量与其自身的大小相比越小,反之则大。也就是说,不能用轨迹来描述微观粒子的运动。-14-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ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三认识粒子●问题导引●现在已发现的粒子总数达400多种,难道它们都是“基本”的吗?特别是参与强相互作用的粒子(称为强子),形形色色,种类繁多,它们会不会有内部结构呢?提示:不是。有。-15-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ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三●名师精讲●认识强子、轻子和媒介子强子是参与强相互作用的粒子,分为重子和介子两类,质子是最早发现的强子。质子是由夸组成的,夸克所带的电荷是电子所带电荷的23或13,说明了电子电荷e不再是电荷的最小单元,存在分数电荷。轻子是不参与强相互作用的粒子,最早发现的轻子是电子。现代实验还没有发现轻子的内部结构。媒介子是传递相互作用的粒子,如光子、中间玻色子、胶子。光子传递电磁相互作用,中间玻色子传递弱相互作用,胶子传递强相互作用。-16-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ZHONGDIANNANDIAN重点难点首页JICHUZHISHI基础知识SUITANGLIANXI随堂练习探究一探究二探究三【例题3】下列说法中正确的是()A.夸克模型说明电子电荷量是最小的电荷单元B.目前已经发现了自由态的夸克C.目前发现的夸克有6种D.每种夸克都有对应的反夸克点拨:用夸克模型解释。解析:夸克模型指出目前发现了6种夸克,每种夸克都有对应的反夸克,所以C、D正确;夸克所带电荷量小于电子电荷量,但还没有发现自由态的夸克,这就是夸克的“禁闭”,所以A、B错。答案:CD题后反思强子是有内部结构的,强子是由夸克组成的,夸克模型说明存在分数电荷。-17-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SUITANGLIANXI随堂练习首页JICHUZHISHI基础知识ZHONGDIANNANDIAN重点难点12341.下列说法正确的是()A.质量大的物体,其德布罗意波长短B.速度大的物体,其德布罗意波长短C.动量大的物体,其德布罗意波长短D.动能大的物体,其德布罗意波长短解析:由λ=ℎ𝑝知,C正确。答案:C-18-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SUITANGLIANXI随堂练习首页JICHUZHISHI基础知识ZHONGDIANNANDIAN重点难点12342.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,这种波叫做物质波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、衍射等现象解析:根据德布罗意的物质波理论,任何一个运动的物体都有一种波与之相对应,故A项正确。由于X射线是一种电磁波,而不是实物粒子,因此,X射线的衍射现象不能证明物质波理论是正确的,B错误。而电子衍射证明实物粒子具有波动性,C正确。一切波都具有干涉和衍射现象,D是错的。答案:BD-19-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SUITANGLIANXI随堂练习首页JICHUZHISHI基础知识ZHONGDIANNANDIAN重点难点12343.下列关于粒子分类的说法中正确的是()A.强子是参与强相互作用的粒子,质子是最