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第六章　波粒二象性
實物粒子的波粒二象性
1
知道實物粒子具有波動性, 知道粒子的能量E與相應波的頻率ν之間的關系,知道粒子的動量p與相應波長λ之間的關系
2
初步了解不確定性關系
重點
德布羅意假說
電磁波
光 子
光的波動性
光的粒子性
波長
頻率
波速
動質量
能量
動量
波的干涉
波的衍射
橫波偏振
波動參量
波的行為特性
粒子參量
粒子的行為特性
黑體輻射
光電效應
康普頓效應
光具有波粒二象性。
實物粒子是否也會同時具有波動性呢？
德布羅意提出假設：實物粒子也具有波動性，即每一個運動的粒子都與一個對應的波相聯系.
這種與實物粒子相聯系的波稱為德布羅意波，也叫物質波。
粒子性
波動性
普朗克常量h架起了粒子性與波動性之間的橋梁。
實物粒子具有波粒二象性
λ＝
ν＝
我們為什么觀察不到宏觀物體的波動性 請計算下題,試著從中找到答案。
一個質量為20 g的子彈以1 000 m/s的速度運行時,請計算其物質波波長,已知普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,并由此分析為何無法觀察到子彈的波動性。
答案　由λ=,p=mv可得
λ== m=3.315×10-35 m
我們無法觀察到子彈的波動性,是因為子彈的物質波波長太小。故我們觀察不到宏觀物體的波動性,是因為宏觀物體的物質波波長太小。
1.如圖所示,電子在電場或磁場中運動的初速度v有下列四種情況,則電子的德布羅意波波長變小的是
√
2.如圖所示,碳60是由60個碳原子組成的足球狀分子,科研人員把一束碳60分子以2.0×102 m/s的速度射向光柵,結果在后面的屏上觀察到條紋。已知一個碳原子質量為1.99×10-26 kg,普朗克常量為6.63×10-34 J·s,則該碳60分子的物質波波長約
A.1.7×10-10 m
B.3.6×10-11 m
C.2.8×10-12 m
D.1.9×10-18 m
√
計算物質波波長的方法
(1)首先根據物體的速度計算其動量。如果知道物體動能,也可以直接用p=計算其動量;
(2)再根據λ=計算德布羅意波波長。
(3)注意區分光子和微觀粒子的能量和動量的不同表達式,如光子的能量:ε=hν,動量p=,微觀粒子的動能Ek=mv2,動量還可用p=mv計算。
對德布羅意假說的實驗探索
1. 實驗思路
找到電子、質子等實物粒子干涉和衍射的圖樣
物質波驗證方法：
波的干涉
波的衍射
波的行為特性
單縫寬 0.8mm
單縫寬 0.4mm
2. 實驗材料
比如：電子的質量m=9.1×10-31 kg，用200 V的加速電壓給他加速能量就是200 eV。此時它的波長是多少呢？
與X射線的波形長相當
食鹽晶體結構
0.1 nm
3. 實驗驗證——衍射圖樣
湯姆孫
戴維孫
1927年戴維森和湯姆孫分別用單晶和多晶晶體做了電子束衍射的實驗，得到了電子的衍射圖樣，證實了電子的波動性。
實物粒子的干涉圖樣
大量電子的一次行為
在后來的實驗中，人們還進一步觀測到了電子德布羅意波的干涉現象。
4. 粒子波動性的作用
可見光波長：400~700 nm
電子束：0.2 nm
制成電子顯微鏡
顯微鏡的分辨本領受到所用光波的波長限制，波長越短，精度越高
提高顯微鏡的精度
3.(2023·浙江寧波市慈溪中學高二期末)讓電子束通過電場加速后,照射到金屬晶格(大小約為10-10 m)上,可得到電子的衍射圖樣,如圖所示。下列說法正確的是
A.電子衍射圖樣說明了電子具有粒子性
B.加速電壓越大,電子的物質波波長越短
C.增大晶格尺寸,更容易發生衍射
D.動量相等的質子和電子,通過相同的晶格,質子更容易衍射
√
不確定性關系
1.在微觀世界中,粒子的 和 不能同時確定。
2.不確定性關系: 。
式中,Δx為位置的不確定范圍,Δp為動量的不確定范圍,h為普朗克常量。
3.不確定性關系表明, (填“能”或“不能”)同時精確確定一個微觀粒子的位置和動量。
ΔxΔp≥
位置
動量
不能
不確定性關系僅適用于微觀粒子而不適用于宏觀物體嗎
答案　不確定性關系也適用于宏觀物體。對于宏觀尺度的物體,其質量m通常不隨速度v變化(因為一般情況下,v遠小于c),即Δp=mΔv,所以ΔxΔv≥。
由于m遠大于h,因此Δx和Δv可以同時達到相當小的地步,遠遠超出最精良儀器的精度,完全可以忽略?？梢?不確定現象僅在微觀世界方可觀測到。
4.(多選)關于不確定性關系,下列說法正確的是
A.在微觀世界中,粒子的位置和動量存在一定的不確定性,不能同時準確測量
B.自然界中的任何物體的動量和位置之間都存在不確定性
C.不確定性關系說明粒子的位置和動量存在一定的不確定性,都不能測量
D.不確定性關系ΔxΔp≥,Δx與Δp測量精度與測量儀器及測量方法是否完
備無關
√
√
√
實物粒子的波粒二象性
目標一
德布羅意假說
目標二　
對德布羅意假說的實驗探索
目標三
不確定關系
1．德布羅意波
2.公式：
1．實驗思路：實物粒子也應該發生干涉或衍射現象
2．實驗材料：以200eV的電子為例，觀察電子衍射
3．實驗驗證：視頻材料
1.內容：微觀粒子的 位置x和動量p不能同時確定
2.公式：ΔxΔp≥
4．粒子波動性的作用：提高顯微鏡的精度

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