6.3 波粒二象性 课件-2026-2027学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

第六章　波粒二象性 波粒二象性 了解光的波粒二象性 了解粒子的波动性，了解德布罗意波假说，会解释有关现象 了解概率波和经典波的差异 重点 2 1 3 光的波粒二象性 一 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(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？ 观察与思考 答案　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。 干涉 衍射 光电效应 康普顿效应 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。 粒子性 波动性 （具有能量） （具有频率） （具有动量） h （具有波长） 光具有波粒二象性，是波动性和粒子性的统一。 光子的能量和动量可以表示为ε=hv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。 (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)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。(　　) × √ √ 辨析 德布罗意物质波假说 二 德布罗意原来学习历史，后来改学理论物理学。他善于用历史的观点，用对比的方法分析问题。 1923年，德布罗意试图把粒子性和波动性统一起来。1924年，在博士论文《关于量子理论的研究》中提出德布罗意波,同时提出用电子在晶体上作衍射实验的想法。 爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义，誉之为“揭开一幅大幕的一角”。 德布罗意 1.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。 3.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。 2.德布罗意关系式：λ=，ν= ，式中的波长为德布罗意波长。 德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，射击运动员射击时会因为子弹的波动性而“失准”吗？为什么？ 答案　不会。因为现实情况下子弹的德布罗意波长远比宏观物体的尺度小得多，根本无法观察到它的波动性，忽略它的波动性也不会引起大的偏差，所以不会“失准”。 讨论交流 (1)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.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。 例题 (1)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。 (2)再根据λ=计算物质波波长。 (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=。 计算物质波波长的方法 总结提升 实物粒子波动性的实验证实 三 1.实物粒子波动性的实验证实 (1)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 戴维孙和革末的实验是用电子束垂直投射到镍单晶，电子束被散射。观察到了电子衍射现象，证实了电子的波动性。 (2)实验验证 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 (3)说明：实验证实了中子、质子、原子和分子等微观粒子的波动性，德布罗意关系式仍然成立。 (2)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。 2.概率波与经典波的差异 (1)1926年，波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。 　 2.(多选)1927年戴维孙和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的近代重大物理实验之一，如图所示是该实验装置的简化图，下列说法正确的是 A.亮条纹是电子到达概率大的地方 B.该实验说明物质波理论 是正确的 C.该实验再次说明光子具 有波动性 D.该实验说明实物粒子具有波动性 √ √ √ 例题 电子属于实物粒子，电 子衍射实验说明实物粒 子具有波动性，说明物 质波理论是正确的，故 B、D正确，C错误； 亮条纹是电子到达概率大的地方，故A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= Keep thinking Lavf58.20.100 $