第二節(jié)

實物粒子的波粒二象性教學(xué)課件TeachingCourseware20XX.XX.XX第六章波粒二象性高中物理魯科版（2019）選擇性必修第三冊PART.1PART.2PART.3PART.4素養(yǎng)目標(biāo)新課講解新課導(dǎo)入經(jīng)典例題目錄CONTENTSPART.2PART.4課堂練習(xí)課堂小結(jié)1.知道實物粒子具有波動性,知道粒子的能量E與相應(yīng)波的頻率ν之間的關(guān)系，知道粒子的動量p與相應(yīng)波長λ之間的關(guān)系。2.初步了解不確定性關(guān)系。素養(yǎng)目標(biāo)新課講解Newlessonexplanation新課講解一、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(zhì)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(yīng)康普頓效應(yīng)光具有波粒二象性。實物粒子是否也會同時具有波動性呢？新課講解粒子的能量E與相應(yīng)的波的頻率v之間的關(guān)系為粒子的動量p與相應(yīng)波長λ之間的關(guān)系為德布羅意德布羅意提出假設(shè)：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(yīng)的波相聯(lián)系。這種與實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)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＝新課講解二、德布羅意假說的實驗探索1.實驗思路找到電子、質(zhì)子等實物粒子干涉和衍射的圖樣物質(zhì)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新課講解2.實驗材料比如：電子的質(zhì)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(dāng)食鹽晶體結(jié)構(gòu)0.1nm新課講解戴維孫革末3.

實驗驗證——衍射圖樣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。新課講解從燈絲K射出的電子經(jīng)加速電壓U加速后，通過狹縫D成為很細的平行電子束，射到單晶體M上，用與探測器B相連的電流計G測量反射的電流。實驗時保持θ角不變，研究加速電壓U和反射電流I之間的關(guān)系。實驗方法實驗結(jié)果電流I不隨電壓U的增大而單調(diào)增大或減小，呈現(xiàn)出的規(guī)律與X射線在晶體上反射產(chǎn)生的衍射規(guī)律相似。實驗結(jié)論表明電子具有波動性。新課講解1927年，湯姆孫用實驗證明，電子在穿過金屬片后像X射線一樣產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，也證實了電子的波動性。湯姆孫（G．Thomson，1892-1975）戴維孫和湯姆孫分別獨立證實了電子的波動性，并因此共同獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。將電子束經(jīng)上萬伏高壓加速，使其能量為10～40keV，電子可穿過固體薄箔，直接產(chǎn)生衍射圖樣（圖6-15）。新課講解1960年，約恩孫直接做了電子雙縫干涉實驗，從屏上攝得了類似楊氏雙縫干涉圖樣的照片（圖6-16）。這些實驗結(jié)果都證明了電子具有波動性。新課講解4.

粒子波動性的作用

掃描隧道顯微鏡（STM）以一根非常細小的針尖和被研究物質(zhì)的表面為兩個導(dǎo)體，形成兩個電極。當(dāng)針尖與樣品表面非常接近（一般小于1nm）時，由于電子存在波動性，電子就會穿過兩個電極之間的絕緣層流向另一極，這種電流稱為隧道電流。隧道電流的大小與針尖到樣品表面的距離密切相關(guān)。測量時讓針尖在樣品表面掃描，控制隧道電流不變，針尖隨樣品表面高低起伏。針尖的三維運動信號可通過計算機系統(tǒng)在屏幕上直接顯示，或者在記錄紙上打印下來，獲得樣品表面的三維立體信息。在低溫下，利用STM可對原子進行直接操縱和排布；在常溫下，也可對單個原子進行拾取和填充，實現(xiàn)了按人類意愿重新排布單個原子的夢想。新課講解三、不確定關(guān)系海森堡（W．Heisenberg，1901-1976）

在宏觀世界中，一個物體的位置和動量是可以同時確定的。但在微觀世界中，粒子的位置和動量不能同時確定。德國物理學(xué)家海森堡研究發(fā)現(xiàn)，這種不確定性存在如下關(guān)系：這個關(guān)系通常稱為不確定性關(guān)系，也稱為海森堡不確定性關(guān)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。新課講解不確定性關(guān)系表明:不能同時精確確定一個微觀粒子的位置和動量，位置不確定范圍與動量不確定范圍的乘積大于或等于

也就是說，我們不可能同時準確地知道粒子的位置和動量。

新課講解能量和時間的不確定性關(guān)系有不確定性關(guān)系的另一對物理量是能量和時間，能量E和時間t的不確定性關(guān)系為：原子物理中，電子的能級實際上不是單一的能量值，能量有分布范圍。電子停留在同一能級上的時間是不同的，有的停留時間短，有的停留時間長。根據(jù)能量和時間的不確定性關(guān)系，能量不確定范圍越小的能級，電子停留的時間越長。經(jīng)典例題ClassicExample經(jīng)典例題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√經(jīng)典例題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2.0×102m/s的速度射向光柵,結(jié)果在后面的屏上觀察到條紋。已知一個碳原子質(zhì)量為1.99×10-26kg,普朗克常量為6.63×10-34J·s,則該碳60分子的物質(zhì)波波長約A.1.7×10-10m B.3.6×10-11mC.2.8×10-12m D.1.9×10-18m√經(jīng)典例題3.讓電子束通過電場加速后,照射到金屬晶格(大小約為10-10m)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(zhì)波波長越短C.增大晶格尺寸,更容易發(fā)生衍射D.動量相等的質(zhì)子和電子,通過相同的晶格,質(zhì)子更容易衍射√課堂練習(xí)ClassroomPractice課堂練習(xí)課堂練習(xí)課堂練習(xí)課堂練習(xí)課堂練習(xí)課堂練習(xí)課堂練習(xí)課堂小結(jié)ClassSummary課堂小結(jié)實物粒子的波粒二象性目標(biāo)一德布羅意假說目標(biāo)二對德布羅意假說的實驗探索目標(biāo)三不