6.2 实物粒子的波粒二象性 课件 -2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦“实物粒子的波粒二象性”，核心讲解德布罗意波（物质波）概念、实验验证及不确定性关系，通过“想一想”衔接光的波粒二象性，以“易错辨析”区分宏观与微观差异，搭建递进式学习支架。 其亮点在于结合戴维孙-汤姆孙电子衍射实验验证，通过电子加速波长计算、炮弹波长对比等分层例题，以物理观念为基础，渗透科学推理与模型建构，助力学生深化对物质波动性的理解，教师可借助清晰结构与分层练习提升教学效率。

第6章　波粒二象性 第2节　实物粒子的波粒二象性 课标要求 1.了解粒子的波动性,知道物质波的概念。(物理观念) 2.了解什么是德布罗意波,会解释有关现象。(物理观念) 3.了解经典物理学中的粒子和波的特点。(物理观念) 4.了解“不确定性关系”的含义。(物理观念) 基础落实·必备知识全过关 一、德布罗意假说 1.德布罗意波:德布罗意认为,实物粒子也具有波动性,即每一个　　　　的粒子都有一个对应的波,人们把这种波称为物质波或德布罗意波。  2.粒子的能量E与相应的波的频率ν之间的关系为　　　　;  粒子的动量p与相应波长λ之间的关系为　　　　　　。  3.物质波的实验验证 1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了　　　　　衍射实验,得到了 　　　　的衍射图样,证实了电子的　　　　　　　。  运动 E=hν 电子束 电子 波动性 二、不确定性关系 1.定义:在宏观世界中,一个物体的位置和动量是可以同时确定的;在微观世界中,粒子的位置和动量不能同时确定,这种关系叫　　　　　　关系。  2.表达式:　　　　　　　　。其中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。  不确定性 想一想对微观粒子的运动分析能不能用“轨迹”来描述? 提示 微观粒子的运动遵循不确定性关系,也就是说,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。 易错辨析 判一判 (1)湖面上的水波就是物质波。(　　) (2)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性。(　　) (3)光波既是一种电磁波,又是一种概率波。(　　) (4)双缝干涉说明光具有粒子性。(　　) (5)概率波和机械波都能发生干涉和衍射现象,所以本质是一样的。(　　) (6)经典力学一般不适用于微观粒子。(　　) × 提示 概率波是物质波,传播不需要介质,而机械波传播需要介质,故概率波和机械波的本质是不一样的,但是都能发生干涉和衍射现象。 提示 双缝干涉说明光具有波动性。 提示 湖面上的水波就是机械波,不是物质波。 √ √ × × √ 即学即用 练一练 电子经电势差为U=200 V的电场加速,电子质量m0=0.91×10-30 kg,求此电子的德布罗意波长。 答案 8.70×10-2 nm 重难探究·能力素养全提升 探究点　对物质波的理解和波长计算 导学探究 电子束通过铝箔后的衍射图样如图所示,结合图样及课本内容回答下列问题: (1)德布罗意提出“实物粒子也具有波动性”假设的理论 基础是什么? (2)电子束穿过铝箔的衍射图样说明了什么? 要点提示 (1)普朗克能量子假说和爱因斯坦光子理论。 (2)电子束具有波动性。 知识归纳 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。 (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。 都有波动性 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。 典例剖析 能力点1　对物质波的理解 【例题1】　下列关于德布罗意波的认识,正确的解释是(　　) A.任何一个物体都有一种波和它对应,这就是物质波 B.X光的衍射证实了物质波的假设是正确的 C.电子的衍射证实了物质波的假设是正确的 D.宏观物体运动时,看不到它的衍射或干涉现象,所以宏观物体不具有波动性 C 解析 运动的物体才具有波动性,A错误;X光是波长极短的电磁波,它的衍射不能证实物质波的存在,而电子是实物粒子,它的衍射可以证实物质波的存在,B错误,C正确。宏观物体由于动量太大,德布罗意波长太小,所以看不到它的干涉、衍射现象,但仍具有波动性,D错误。 对点演练 1.(多选)根据物质波的理论,下列说法正确的是(　　) A.微观粒子有波动性,宏观物体没有波动性 B.微观粒子和宏观物体都具有波动性 C.宏观物体的波动性不易被察觉,因为它的波长太长 D.速度相同的质子和电子,电子的波动性更为明显 BD 解析 一切运动物体都有一种波与它相对应,所以宏观物体也具有波动性,选项A错误,B正确;物质波的波长与其动量成反比,因宏观物体的动量较大,所以其德布罗意波长非常短,不易观察到其衍射现象,选项C错误;速度相同的质子和电子,电子的质量较小,动量较小,物质波的波长较长,故波动性更为明显,选项D正确。 能力点2　物质波波长的计算 【例题2】　一颗质量为5.0 kg的炮弹: (1)以200 m/s的速度运动时,它的德布罗意波长多大? (2)假设它以光速运动,它的德布罗意波长多大? (3)若要使它的德布罗意波长与波长是400 nm的紫光波长相等,则它必须以多大的速度运动? 答案 (1)6.63×10-37 m　(2)4.42×10-43 m　(3)3.32×10-28 m/s 解析 直接利用德布罗意关系式进行计算。 (1)炮弹的德布罗意波长 (2)它以光速运动时的德布罗意波长 对点演练 2.如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以103 m/s的速度运动,则它们的德布罗意波的波长分别是多长?(中子的质量为1.67×10-27 kg) 答案 3.97×10-10 m　6.63×10-35 m 解析 中子的动量为p1=m1v子弹的动量为p2=m2v 将m1=1.67×10-27 kg,v=1×103 m/s,h=6.63×10-34 J·s,m2=1.0×10-2 kg代入上面两式可解得λ1=3.97×10-10 m,λ2=6.63×10-35 m。 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 4 5 6 1.下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是(　　) A.光的色散和光的干涉 B.光的干涉和光的衍射 C.泊松亮斑和光电效应 D.光的反射和光电效应 C 解析 光的干涉、衍射、泊松亮斑是光的波动性的证据,光电效应说明光具有粒子性,光的反射和色散不能说明光具有波动性或粒子性,故选项C正确。 1 2 3 4 5 6 2.(多选)关于光的波粒二象性的理解正确的是(　　) A.大量光子的效果往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性 B.光在传播时是波,而与物质相互作用时就转变成粒子 C.高频光是粒子,低频光是波 D.波粒二象性是光的根本属性,有时它的波动性显著,有时它的粒子性显著 AD 解析 大量光子的效果往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性,故A正确;光在传播时有时看成粒子有时可看成波,故B不正确;高频光波长短,光的粒子性显著,低频光波长长,光的波动性显著,故C不正确;波粒二象性是光的根本属性,有时它的波动性显著,有时它的粒子性显著,故D正确。 1 2 3 4 5 6 3.太阳帆飞行器是利用太阳光获得动力的一种航天器,其原理是光子在太阳帆表面反射的过程中会对太阳帆产生一个冲量。若光子垂直太阳帆入射并反射,其波长为λ,普朗克常量为h,则对它的冲量大小为(　　) D 1 2 3 4 5 6 4.从衍射的规律可以知道,狭缝越窄,屏上中央亮条纹就越宽,由不确定性关系式 ,判断下列说法正确的是(　　) A.入射的粒子有确定的动量,射到屏上的粒子就有准确的位置 B.狭缝的宽度变小了,因此粒子动量的不确定性也变小了 C.更窄的狭缝可以更准确地测得粒子的位置,但粒子动量的不确定性却更大了 D.可以同时确定粒子的位置和动量 C 解析 由ΔxΔp≥ 可知,狭缝变小了,即Δx减小了,Δp变大,即动量的不确定性变大,故C正确,A、B、D错误。 1 2 3 4 5 6 5.现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构,为满足测量要求,将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为 ,其中n>1,已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷量e,电子的初速度不计,则显微镜工作时电子的加速电压应为　　　　　　。  1 2 3 4 5 6 6.质量为1 000 kg的小汽车以v=40 m/s的速度在高速公路上行驶,试估算小汽车的德布罗意波的波长。 答案 1.66×10-38 m 解析 小汽车的动量为p=mv=1 000×40 kg·m/s=4×104 kg·m/s 小汽车的德布罗意波波长为 p= ΔxΔp≥ 解析 已知m0v2=Ek=eU 所以v= λ= nm U=200 V,则λ= nm= nm=8.70×10-2 nm。 (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。 λ1=m=6.63×10-37 m。 λ2=m=4.42×10-43 m。 (3)由λ=,得 v= m/s=3.32×10-28 m/s。 据知中子和子弹的德布罗意波的波长分别为λ1=,λ2= 联立以上各式解得λ1=,λ2= 解析 由于每个光子的动量为p=,根据动量定理可知每个光子对太阳帆的冲量为I=p'-p=,故选D。 A. B. C. D. ΔxΔp≥ 解析 由德布罗意波长λ=知,p是电子的动量,则p=mv=,而λ=,代入得U=。 λ= m=1.66×10-38 m。 $