6.3 波粒二象性 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

3 波粒二象性 High school physics 第六章 波粒二象性 了解粒子的波动性，了解德布罗意物质波假说，会解释有关现象 了解光的波粒二象性 02 01 了解概率波和经典波的差异 03 重点 光的波粒二象性 01 为了对光的本性做进一步的考察与分析，物理学家把屏换成感光底片，在不断变化光强的情况下，用短时间曝光的方法进行了光的双缝干涉实验，得到不同光强下光的双缝干涉实验结果(如图所示)。 光很弱时，感光底片上的图像与我们通常观察到光的双缝干涉的图像相差很远，如图(a)；增强光的强度，光的双缝干涉的图像变得清晰起来，如图(b)；当光较强时，得到的图像与我们通常观察到的光的双缝干涉图像一样，如图(c)。这个实验说明了什么？ 当光很弱时，光是作为一个个粒子落在感光底片上的，显示出了光的粒子性；当光很强时，光与感光底片量子化的作用积累起来形成明暗相间的条纹，显示出了光的波动性。 光的干涉和衍射现象表明光具有波动性，光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性。 光的波粒二象性 公司logo 公司logo 核心知识 光的波粒二象性 光是一种概率波：光的波动性可以看成是表明大量光子运动规律的一种概率波。光的波动性不是光子间的相互作用引起的，而是光子自身固有的性质。 公司logo 公司logo 核心知识 光具有波粒二象性，是波动性和粒子性的统一。 光的波粒二象性 粒子性 波动性 （具有能量） （具有频率） （具有动量） h （具有波长） ε p 公司logo 公司logo 核心知识 光子的能量和动量可以表示为ε＝hν和p＝，式中能量ε和动量p描述了光子的粒子性，频率ν和波长λ描述了光子的波动性。 h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁 ε＝hν p＝ 光的波粒二象性 公司logo 公司logo 核心知识 (1)延长曝光时间，大量光子通过狭缝后落在感光底片上遵循统计规律，表现出光的波动性。(　　) (2)光的波动性是光子之间的相互作用引起的。(　　) (3)频率越高的光，粒子性越显著；频率越低的光，波动性越显著。 (　　) (4)波粒二象性是光的根本属性，大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性。(　　) √ × √ √ 辨析 德布罗意物质波假说 02 德布罗意物质波假说：实物粒子像光子一样，也具有波粒二象性，与粒子相对应的波称为德布罗意波，也叫物质波。 德布罗意物质波假说 公司logo 公司logo 核心知识 德布罗意物质波假说是光的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子一样，既具有粒子性，又具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波。 德布罗意关系式：λ＝，ν＝，式中的波长为德布罗意波长。 德布罗意物质波假说 公司logo 公司logo 核心知识 一个质量m＝1 g，速度v＝10 m/s的运动小球，它的德布罗意波长是多少？为什么观察不到这种运动小球的波动性？ 答案　由德布罗意波长的计算公式，可得该小球的德布罗意波长λ＝ m＝6.63×10-32 m； 由于小球运动时的德布罗意波长太短，波动性很不明显，所以很难观测到小球的波动性。 公司logo 公司logo 讨论交流 (1)与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是机械波。 (　　) (2)只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才有波动性，宏观物体运动时不具有波动性。(　　) × × 辨析 　 1.(来自教材)关于物质波，以下说法正确的是 A.物质波就是机械波 B.实物粒子具有波动性 C.光是粒子，不具有波动性 D.电子不会发生干涉与衍射现象 √ 物质波既不是机械波，也不是电磁波，A错误； 实物粒子像光子一样，也具有波粒二象性，B正确； 根据波粒二象性可知，光既具有粒子性也具有波动性，C错误； 电子也具有波动性，故也可以发生干涉与衍射现象，D错误。 例题 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=1.82×10-10 m的热中子动能的数量级为 A.10-17 J B.10-19 J C.10-21 J D.10-24 J √ 由λ=,又p2=2mEk，所以热中子动能Ek=≈4×10-21 J，故选项C正确。 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＝。 计算物质波波长的方法 首先根据物体的速度计算其动量。 如果知道物体动能，也可以直接用p＝计算其动量。 再根据λ＝计算物质波波长。 公司logo 公司logo 总结提升 实物粒子波动性的实验证实 03 公司logo 公司logo 情境导入 实验探究思路：干涉、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象。 探测器 电子束 电子枪 镍单晶 实验验证：戴维孙与革末做了电子束在晶体表面上散射的实验，观察到了电子衍射现象，证实了电子的波动性。 实物粒子波动性的实验验证 公司logo 公司logo 核心知识 汤姆孙做了电子束穿过多晶薄膜的衍射实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性。 屏 P 多晶薄膜 高压 栅极 阴极 电子衍射图样 实物粒子波动性的实验验证 说明：实验相继证实，中子、质子、原子和分子等微观粒子在一定条件下都具有波动性质，德布罗意关系式已成为微观粒子的波动性和粒子性之间关系的基本公式。 公司logo 公司logo 核心知识 概率波与经典波的差异 1926年，玻恩提出了符合实验事实的统计解释：物质波在某一地方的强度跟在该处找到它所代表的粒子的概率成正比。 物质波既不是机械波，也不是电磁波，它是一种概率波。电子束通过微薄晶片以后，物质波发生衍射。有的地方强度增大，是因为电子到达这里的概率大，从而到达这里的电子数目多；有的地方强度减小，甚至等于零，是因为电子到达这里的概率小，从而到达这里的电子数很少。 公司logo 公司logo 核心知识 3.(2025·广安市高二期末)汤姆孙在实验中让一束电子经过电场加速后，通过多晶晶体得到了如图所示的衍射图样。已知电子质量为m，加速后电子速度为v，普朗克常量为h，则 A.该图样说明电子具有粒子性 B.该实验中电子的德布罗意波长为 C.加速电压越大，电子的物质波波长越长 D.加速电压越大，电子的粒子性越明显 √ 例题 该衍射图样说明电子具有波动性，故A错误； 该实验中电子的德布罗意波长λ==，故B错误； 加速电压越大，电子速度越大，根据λ==可知，电子的物质波波长越短，粒子性越明显，故C错误，D正确。 波粒二象性 波粒二象性 德布罗意波假说 实物粒子波动性的实验证实 波动性 粒子性 干涉、衍射现象 光电效应、康普顿效应 物质波 电子衍射实验 实物粒子具有波动性 干涉 衍射 λ=，ν= 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! Lavf58.20.100 $