6.2 实物粒子的波粒二象性（18张PPT）课件 2024-2025学年高二物理鲁科版（2019）选择性必修第三册

(共18张PPT)
第六章 波粒二象性
第2节 实物粒子的波粒二象性
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？
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。
知识点一：德布罗意假说
每一个运动的粒子都有一个对应的波
粒子的能量E与相应的波的频率v之间的关系为
粒子的动量p与相应波长λ之间的关系为
德布罗意关系
式中的h为普朗克常量，通过普朗克常量把粒子性和波动性联系起来。
人们称实物粒子对应的波称为物质波或德布罗意波。
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== 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。
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。
知识点二：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
1.在微观世界中,粒子的位置和动量不能同时确定。
2.不确定性关系:ΔxΔp≥。
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,不能同时精确确定一个微观粒子的位置和动量。
知识点三：不确定性关系
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。
1.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
C
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
ABD
3.利用金属晶格(大小约为10-10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样如图所示,方法是让电子通过电场加速,然后让电子束照射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样。已知电子质量m=9.1×10-31 kg,电荷量e=1.6×10-19 C,初速度为0,加速电压U=1.0×106 V,普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,则下列说法正确的是（ ）
A.物质波是一种概率波
B.物质波和电磁波一样,在真空中传播的速度为3×108 m/s
C.具有相同动能的质子和电子,质子的德布罗意波长较长
D.实验中电子束的德布罗意波长约为1.2×10-12 m
AD
实物粒子的波粒二象性
德布罗意假说
对德布罗意假说的实验探索
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