第6章 第2节 实物粒子的波粒二象性（word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年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 导学 物理观念 (1)知道实物粒子具有波动性。 (2)了解微观世界的量子化特征。 (3)了解光和实物粒子的波粒二象性。 (4)了解不确定关系，知道其物理意义。 科学思维 能通过证据说明实物粒子具有波动性。 科学探究 通过电子衍射实验认识粒子的波动性。 科学态度与责任 体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。 　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、德布罗意假说　对德布罗意假说的实验探索 1．德布罗意波：任何一个运动的粒子，都有一种波与它相对应，这种波为物质波，也称为德布罗意波。 2．德布罗意关系：E＝hν，p＝。德布罗意用普朗克常量把粒子性和波动性联系起来。 3．物质波的实验验证：1927年戴维孙和革末分别利用晶体做了电子束衍射实验，发现了电子的衍射现象，证实了电子的波动性。 二、不确定性关系 1．在微观世界中，粒子的位置和动量不能同时确定，不能同时测量。 2．关系式ΔxΔp≥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．拓展一步：能量E和时间t的不确定性关系为ΔEΔt≥。 1.根据测算，羽毛球离拍时的最大速度可达到288 km/h，羽毛球的质量为5.0 g。 求德布罗意波的波长以及能否观察到羽毛球的波动性？ 提示：羽毛球的速度v＝288 km/h＝80 m/s，其德布罗意波的波长λ＝＝＝ m≈1.66×10－33 m，波长太短，无法观察到羽毛球的波动性。 2．在微观物理学中，我们不可能同时准确地知道某个粒子的位置和动量，那么粒子出现的位置是否就是无规律可循的？ 提示：粒子出现的位置还是有规律可循的，那就是统计规律，比如干涉、衍射的亮斑位置就是粒子出现概率大的位置。 新知学习(一)|物质波的理解及波长计算 [任务驱动]　　 电子束穿过铝箔后的衍射图样说明了什么？ 提示：说明了电子具有波动性。　 [重点释解] 1．对物质波的理解 (1)任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小的缘故。 (2)粒子在空间各处出现的概率受统计规律支配，不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波。 (3)德布罗意波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。 2．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，如光子的能量：ε＝hν，动量p＝；微观粒子的动能：Ek＝mv2，动量p＝mv。 [典例体验] [典例]　波长λ＝0.71×10－10 m的伦琴射线使金箔发射光电子，电子在磁感应强度为B的匀强磁场区域内做最大半径为r的匀速圆周运动，已知rB＝1.88×10－4 m·T、h＝6.63×10－34 J·s、me＝9.1×10－31 kg。试求： (1)光电子的最大初动能； (2)金属的逸出功； (3)该电子的物质波的波长是多少？ [解析]　(1)电子在匀强磁场中做匀速圆周运动的向心力为洛伦兹力，故有eBv＝me 解得v＝ 其最大初动能为 Ek＝mev2＝＝ J≈3.1×103 eV。 (2)由爱因斯坦光电效应方程 hν＝Ek＋W0，ν＝ 联立可得W0＝－Ek 代入数据解得W0≈1.44×104 eV (3)由德布罗意波长公式得 λ′＝，p＝mev＝erB。 解得λ′≈2.2×10－11 m。 [答案]　(1)3.1×103 eV　(2)1.44×104 eV (3)2.2×10－11 m [针对训练] 1．以下关于物质波的说法正确的是(　 ) A．实物粒子具有粒子性，在任何条件下都不可能表现出波动性 B．宏观物体不存在对应的波 C．电子在任何条件下都能表现出波动性 D．微观粒子在一定条件下能表现出波动性 解析：选D　任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，这种波称为物质波，故A、B错误；电子有波动性，但在一定的条件下才能表现出来，故C错误，D正确。 2．在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近。已知中子质量m＝1.67×10－27 kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，可以估算德布罗意波长λ＝1.82×10－10m的热中子动量的数量级为(　 ) A．10－17 kg·m/s　　　　 B．10－19 kg·m/s C．10－21 kg·m/s D．10－24 kg·m/s 解析：选D　由德布罗意波长公式λ＝可得p＝≈3.64×10－24 kg·m/s，因此热中子