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6.2　實物粒子的波粒二象性
1.理解德布羅意波，會解釋相關現象。
2.理解德布羅意波的波長和粒子動量關系。
3.了解電子衍射實驗，了解創造條件來進行有關物理實驗的方法。
學習目標
知識點一 德布羅意假說
1.德布羅意波
1924年法國巴黎大學的德布羅意提出假設：實物粒子也具有波動性，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．
2.物質波的波長、頻率
用能量E和動量p來表征事物粒子的粒子性，用頻率ν和波長λ來表征實物粒子的波動性，那么，對光適用的關系也適用于實物粒子，即E＝hν， ＝.
宏觀物體的運動也具有波動性嗎？
提示：不管是微觀粒子還是宏觀運動的物體，都具有波動性，但宏觀運動物體的波動性很不明顯．
1.實驗探究思路
干涉、衍射是波特有的現象，如果實物粒子具有波動性，則在一定條件下，也應該發生干涉或衍射現象．
戴維孫
G.P.湯姆孫
知識點二 對德布羅意假說的實驗探索
2.實驗驗證
1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射實驗，得到了電子的衍射圖樣，如圖所示，證實了電子的波動性．
1960年約恩孫直接做了電子雙縫干涉實驗，得到了類似楊氏雙縫干涉圖樣的照片，如圖所示，也證實了電子的波動性．
3. 說明
(1)人們陸續證實了質子、中子以及原子、分子的波動性．對于這些粒子，德布羅意給出的E＝hν和＝關系同樣正確．
(2)宏觀物體的質量比微觀粒子大得多，運動時的動量很大，對應的德布羅意波的波長很小，根本無法觀察到它的波動性．
求解物質波波長的方法
(1)根據已知條件，寫出宏觀物體或微觀粒子動量的表達式p＝mv.
(2)根據波長公式λ＝求解．
(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： E＝hν，動量p＝；微觀粒子的動能：＝mv2，動量p＝mv.
知識點三 不確定性關系
1.位置和動量的不確定性關系：ΔxΔp≥
由ΔxΔp≥可以知道，在微觀領域，要準確地確定粒子的位置，動量的不確定性就更大；反之，要準確地確定粒子的動量，那么位置的不確定性就更大．
2.微觀粒子的運動沒有特定的軌道：由不確定關系ΔxΔp≥可知，微觀粒子的位置和動量是不能同時被確定的，這也就決定了不能用“軌跡”的觀點來描述粒子的運動．
1.下列關于德布羅意波的認識正確的是(　　)
A．不管靜止的還是運動的物體都有一種波和它對應，這就是物質波
B．X光的衍射證實了物質波的假設是正確的
C．電子的衍射證實了物質波的假設是正確的
D．宏觀物體運動時，看不到它的衍射或干涉現象，所以宏觀物體不具有波動性
隨堂檢測
解析：A錯：只有運動的物體才具有波動性．
B錯：X光是波長很短的電磁波，是光子，它的衍射不能證實物質波的存在．
C對：電子是實物粒子，其衍射證實了物質波的存在．
D錯：宏觀物體由于動量太大，德布羅意波長太小，所以看不到它的干涉、衍射現象，但宏觀物體仍具有波動性．
答案：C
2.法國物理學家德布羅意認為，任何一個運動著的物體，小到電子、質子，大到行星、太陽，都有一種波與它對應，波長λ＝，人們把這種波稱為物質波，也叫德布羅意波．如果有兩個電子的速度分別為v1和v2，且v1＝2v2.則這兩個電子對應的德布羅意波的波長關系為(　　)
A．λ1:λ2＝1:2
B．λ1:λ2＝4:1
C．λ1:λ2＝2:1
D．λ1:λ2＝1:4
解析：兩個電子的速度之比v1：v2＝2：1
根據動量公式p＝mv
得兩個電子的動量之比p1：p2＝mv1：mv2＝2：1
根據德布羅意波長公式λ＝
可知兩個電子的德布羅意波的波長之比為λ1：λ2＝1：2．
答案：A
3.關于粒子的波動性，下列說法正確的是（　　）
A．實物粒子具有波動性，僅是一種理論假設，無法通過實驗驗證
B．實物粒子的動能越大，其對應的德布羅意波波長越大
C．只有帶電的實物粒子才具有波動性，不帶電的粒子沒有波動性
D．實物粒子的動量越大，其對應的德布羅意波的波長越短
解析：A．戴維孫和湯姆孫利用晶體做了電子衍射實驗，得到電子的衍射圖樣，證明了實物粒子的波動性，故A錯誤；
BD．根據德布羅意的波長公式λ＝又動量與動能的大小關系有p＝，聯立兩式可得λ＝ 。所以，實物粒子的動量越大，其對應的德布羅意波的波長越短；實物粒子的動能越大，其對應的德布羅意波波長越短，故B錯誤，D正確；
C．粒子具不具有波動性與帶不帶電無關，故C錯誤。
答案：D
4. “4G改變生活，5G改變社會”，中國已正式進入5G時代．4G所使用的電磁波頻率一般都低于6GHz， 而5G所用的電磁波頻率一般在24GHz到100GHz之間，與4G使用的電磁波相比，5G使用的電磁波（　　）
A．光子能量較小
B．光子動量較大
C．在真空中傳播速度更大
D．遇到障礙物更容易發生衍射現象
解析：A．根據光子能量E=
可知5G使用的電磁波光子能量較大，A錯誤；
B．根據光子動量 ＝ ＝
可知，5G使用的電磁波光子動量較大，B正確；
C．所有頻率的光在真空中傳播的速率均為3×108m/s，C錯誤；
D．由于波長＝ 可知5G使用的電磁波波長更短，遇到障礙物不容易發生衍射現象，D錯誤。
答案：B

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