第6章 第2节 实物粒子的波粒二象性（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

第2节　实物粒子的波粒二象性 核心素养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.知道实物粒子具有波动性。 2. 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。 3．初步了解不确定性关系。 1.知道物质波的实验验证。 2．会计算物质波的波长。 通过相关理论的实验验证，逐步形成严谨求实的科学态度，形成用波粒二象性分析自然现象的能力。 [对应学生用书P104] 知识点一 德布罗意假说及其实验探索 1.德布罗意波：每一个运动的粒子都有一个对应的波➊，人们称这种波为物质波➋或德布罗意波。 2．物质波的波长、频率与粒子的能量、动量之间的关系 (1)粒子的能量E与相应的波的频率ν之间的关系为E＝hν。 (2)粒子的动量p与相应波长λ之间的关系为p＝。 3．对德布罗意假说的实验探索 (1)1927年，戴维孙和革末通过实验发现了电子的衍射现象。 (2)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。 (3)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。 知识点二 不确定性关系➌ 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．此式表明，不能同时精确确定一个微观粒子的位置和动量。 1．电子不但具有粒子性也具有波动性。 (√) 2．物质波的波长由粒子的大小决定。(×) 3．微观粒子的动量和位置不可同时准确测定。(×) 批注➊：粒子的波动性 在v<<c时(物体的质量为静止时的质量) ν＝＝　　λ＝＝ 对实物粒子，v是指粒子的速度 批注➋：物质波的应用 电子显微镜下的虫螨 批注➌：微观粒子的运动遵循不确定性关系，即要准确确定粒子的位置，动量(或速度)的不确定性就更大；反之，要准确确定粒子的动量(或速度)，位置的不确定性就更大，也就是说不可能同时准确地知道粒子的位置和动量。因而不可能用“轨迹”来描述粒子的运动。 [对应学生用书P105] 探究点一　对物质波的理解　(物理观念之形成) ◆情境探究 电子束通过铝箔后的衍射图样如图所示。 (1)电子是实物粒子还是电磁波？ (2)电子束穿过铝箔的衍射图样说明了什么？ 答案：(1)电子是实物粒子。 (2)说明了运动的电子束具有波动性。 ◆探究归纳 1．物质波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不能以宏观观点中的波来理解德布罗意波。 2．德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波。 3．宏观物体的动量比较大，由p＝可知，德布罗意波波长很短，所以波动性不明显。微观粒子的德布罗意波波长较长，在一些特定环境下可以观察到它们的干涉和衍射等波的现象。 4．计算物质波波长的方法 (1)根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式p＝mv。 (2)根据波长公式λ＝求解。 (3)注意区分光子和微观粒子的能量和动量的不同表达式。光子的能量：E＝hν，动量p＝；微观粒子的动能：Ek＝mv2，动量p＝mv。 ◆对点例练 (2022·江苏徐州高二期中)下列关于物质波的说法正确的是(　　) A．宏观物体也具有波动性 B．质子比电子更容易形成晶格衍射图样 C．两个物体的动能不等，物质波的波长一定不等 D．两个物体的动量不等，物质波的波长可能相等 A　解析：不管是微观粒子还是宏观物体，都具有波动性，A正确；电子质量远小于质子，其物质波波长比质子大，比质子更容易形成晶格衍射图样，B错误；根据物质波的波长公式λ＝，两个物体的动能不等，但两个物体的动量可能相等，则物质波的波长可能相等，C错误；根据物质波的波长公式λ＝，可知两个物体的动量不等，物质波的波长不可能相等，D错误。 有关德布罗意波计算的一般方法 (1)计算物体的速度，再计算其动量。如果知道物体动能也可以直接用p＝计算其动量。 (2)根据λ＝计算德布罗意波的波长。 (3)需要注意的是：德布罗意波的波长一般都很短，比一般的光波波长还要短，可以根据结果的数量级大致判断结果是否合理。 (4)宏观物体的波长小到可以忽略，其波动性很不明显。 [练1] (2021·湖南师大附中高二月考)利用金属晶格(大小约10-10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中不正确的是(　　) A.该实验说明了电子具有波动性 B．实验中电子束的德布罗意波的波长为λ＝ C．