6.2 实物粒子的波粒二象性 课件(共22张PPT)

(共22张PPT)
第六章　波粒二象性
实物粒子的波粒二象性
1
知道实物粒子具有波动性, 知道粒子的能量E与相应波的频率ν之间的关系,知道粒子的动量p与相应波长λ之间的关系
2
初步了解不确定性关系
重点
德布罗意假说
电磁波
光 子
光的波动性
光的粒子性
波长
频率
波速
动质量
能量
动量
波的干涉
波的衍射
横波偏振
波动参量
波的行为特性
粒子参量
粒子的行为特性
黑体辐射
光电效应
康普顿效应
光具有波粒二象性。
实物粒子是否也会同时具有波动性呢？
德布罗意提出假设：实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系.
这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫物质波。
粒子性
波动性
普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁。
实物粒子具有波粒二象性
λ＝
ν＝
我们为什么观察不到宏观物体的波动性 请计算下题,试着从中找到答案。
一个质量为20 g的子弹以1 000 m/s的速度运行时,请计算其物质波波长,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,并由此分析为何无法观察到子弹的波动性。
答案　由λ=,p=mv可得
λ== m=3.315×10-35 m
我们无法观察到子弹的波动性,是因为子弹的物质波波长太小。故我们观察不到宏观物体的波动性,是因为宏观物体的物质波波长太小。
1.如图所示,电子在电场或磁场中运动的初速度v有下列四种情况,则电子的德布罗意波波长变小的是
√
2.如图所示,碳60是由60个碳原子组成的足球状分子,科研人员把一束碳60分子以2.0×102 m/s的速度射向光栅,结果在后面的屏上观察到条纹。已知一个碳原子质量为1.99×10-26 kg,普朗克常量为6.63×10-34 J·s,则该碳60分子的物质波波长约
A.1.7×10-10 m
B.3.6×10-11 m
C.2.8×10-12 m
D.1.9×10-18 m
√
计算物质波波长的方法
(1)首先根据物体的速度计算其动量。如果知道物体动能,也可以直接用p=计算其动量;
(2)再根据λ=计算德布罗意波波长。
(3)注意区分光子和微观粒子的能量和动量的不同表达式,如光子的能量:ε=hν,动量p=,微观粒子的动能Ek=mv2,动量还可用p=mv计算。
对德布罗意假说的实验探索
1. 实验思路
找到电子、质子等实物粒子干涉和衍射的图样
物质波验证方法：
波的干涉
波的衍射
波的行为特性
单缝宽 0.8mm
单缝宽 0.4mm
2. 实验材料
比如：电子的质量m=9.1×10-31 kg，用200 V的加速电压给他加速能量就是200 eV。此时它的波长是多少呢？
与X射线的波形长相当
食盐晶体结构
0.1 nm
3. 实验验证——衍射图样
汤姆孙
戴维孙
1927年戴维森和汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性。
实物粒子的干涉图样
大量电子的一次行为
在后来的实验中，人们还进一步观测到了电子德布罗意波的干涉现象。
4. 粒子波动性的作用
可见光波长：400~700 nm
电子束：0.2 nm
制成电子显微镜
显微镜的分辨本领受到所用光波的波长限制，波长越短，精度越高
提高显微镜的精度
3.(2023·浙江宁波市慈溪中学高二期末)让电子束通过电场加速后,照射到金属晶格(大小约为10-10 m)上,可得到电子的衍射图样,如图所示。下列说法正确的是
A.电子衍射图样说明了电子具有粒子性
B.加速电压越大,电子的物质波波长越短
C.增大晶格尺寸,更容易发生衍射
D.动量相等的质子和电子,通过相同的晶格,质子更容易衍射
√
不确定性关系
1.在微观世界中,粒子的 和 不能同时确定。
2.不确定性关系: 。
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.不确定性关系表明, (填“能”或“不能”)同时精确确定一个微观粒子的位置和动量。
ΔxΔp≥
位置
动量
不能
不确定性关系仅适用于微观粒子而不适用于宏观物体吗
答案　不确定性关系也适用于宏观物体。对于宏观尺度的物体,其质量m通常不随速度v变化(因为一般情况下,v远小于c),即Δp=mΔv,所以ΔxΔv≥。
由于m远大于h,因此Δx和Δv可以同时达到相当小的地步,远远超出最精良仪器的精度,完全可以忽略。可见,不确定现象仅在微观世界方可观测到。
4.(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.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ΔxΔp≥,Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完
备无关
√
√
√
实物粒子的波粒二象性
目标一
德布罗意假说
目标二　
对德布罗意假说的实验探索
目标三
不确定关系
1．德布罗意波
2.公式：
1．实验思路：实物粒子也应该发生干涉或衍射现象
2．实验材料：以200eV的电子为例，观察电子衍射
3．实验验证：视频材料
1.内容：微观粒子的 位置x和动量p不能同时确定
2.公式：ΔxΔp≥
4．粒子波动性的作用：提高显微镜的精度