6.2 实物粒子的波粒二象性（共17页PPT）课件 2024-2025学年高二物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

第六章 波粒二象性
第2节 实物粒子的波粒二象性
光具有波粒二象性，那么作为实物粒子的原子、质子、中子和电子等是否也具有波粒二象性呢？
粒子性
波动性
（具有能量E）
（具有频率f）
（具有动量）
h
h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁
（具有波长）
人们称实物粒子对应的波称为物质波或德布罗意波。
知识点一：德布罗意假说
例题：电子质量m＝9.1×10-3kg，普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，求动能为100eV的自由电子的物质波波长。
解：由题意可知，h＝ 6.63×10-34J·s ，
E＝100eV＝1.6×10-7J,m= 9.1×10-3kg 。
根据
可得
由
得
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=?????????=6.63×10?3420×10?3×1?000 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。
?
粒子具有波动性，能否像光那样发生衍射现象和干涉现象呢？
1927年，戴维孙和革末通过实验发现了电子的衍射现象。
戴维孙
革末
知识点二：对德布罗意假说的实验探索
从灯丝K射出的电子经加速电压U加速后，通过狭缝D成为很细的平行电子束，射到单晶体M上，用与探测器B相连的电流计G测量反射的电流。实验时保持θ角不变，研究加速电压U和反射电流I之间的关系。
实验方法
实验结果
电流I不随电压U的增大而单调增大或减小，呈现出的规律与X射线在晶体上反射产生的衍射规律相似。
实验结论
表明电子具有波动性。
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。
汤姆孙
（G．Thomson，1892-1975）
戴维孙和汤姆孙分别独立证实了电子的波动性，并因此共同获得了诺贝尔物理学奖。
实验方法
将电子束经上万伏高压加速，使其能量为10～40keV，电子可穿过固体薄箔，直接产生衍射图样。
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。
这些实验结果都证明了电子具有波动性。
在宏观世界中，一个物体的位置和动量是可以同时确定的。但在微观世界中，粒子的位置和动量不能同时确定。
德国物理学家海森堡研究发现，这种不确定性存在如下关系：
海森堡
（W．Heisenberg，1901-1976）
位置的不确定范围
动量的不确定范围
普朗克常量
这个关系通常称为不确定性关系，也称为海森堡不确定性关系。
知识点三：不确定性关系
不能同时精确确定一个微观粒子的位置和动量，位置不确定范围与动量不确定范围的乘积大于或等于 也就是说，我们不可能同时准确地知道粒子的位置和动量。
不确定性关系表明:
普朗克常量是一个很小的量，对宏观物体来说，这种不确定性关系可忽略不计，故宏观物体的位置和动量是可以同时确定的。
能量和时间的不确定性关系
有不确定性关系的另一对物理量是能量和时间，能量E和时间t的不确定性关系为：
原子物理中，电子的能级实际上不是单一的能量值，能量有分布范围。电子停留在同一能级上的时间是不同的，有的停留时间短，有的停留时间长。根据能量和时间的不确定性关系，能量不确定范围越小的能级，电子停留的时间越长。
1.(多选)关于物质波,以下说法正确的是 ( )
A.任何一个物体都有一种波与之对应
B.抖动细绳一端,绳上的波就是物质波
C.动能相等的质子和电子相比,质子的物质波波长短
D.宏观物体不会发生明显的衍射或干涉现象,所以没有波动性
AC
2.(多选)下列关于不确定性关系说法正确的是 ( )
A.不确定性关系只适用于电子和光子
B.不确定性关系不仅适用于电子和光子,也适用于其他粒子
C.不确定性关系也适用于其他宏观物体,不过这些不确定量微乎其微
D.对微观和宏观粒子都不适用
BC
3.如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以103 m/s的速度运动,则它们的德布罗意波的波长分别是多大?(中子的质量为1.67×10-27 kg,普朗克常量为6.63×10-34 J·s)
答案：中子的波长：λ1=4.0×10-10 m,
子弹的波长： λ2=6.63×10-35 m。