2022-2023年粤教版(2019)新教材高中物理选择性必修3 第4章第4节德布罗意波课件

（课本89页）德布罗意假说：
法国物理学家德布罗意首次提出了一个大胆的假设: 实物粒子和光一样具有波粒二象性. 这种与实物粒子相联系的波后来被称为德布罗意波，也叫物质波.
德布罗意假设实物粒子的波长与其动量之间的关系为：
h
p 入是德布罗意波的波长 h是普朗克常量 p是相应的实物粒子的动量
能否通过实验验证德布罗意假说?
高二—粤教版—波粒二象性
光的波粒二象性具体表现在： 1.与物质发生作用时,更多的表现出粒子性; 传播时,更多的表现出波动性
2.少量或个别光子容易显示出粒子性; 大量光子容易显示出波动性
3.频率较大时,易显示粒子性; 频率较小时,易显示波动性
进一步猜想： 既然光具有波粒二象性， 那么实物粒子是否也像光一样， 既有粒子性，又有波动性?
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d/n，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为?
堂上练习：
1．(多选)关于物质波，下列认识正确的是( ) A．任何运动的物体都伴随一种波，这种波叫物质波 B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的 C．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的 D．宏观物体尽管可以看做物质波，但它们不具有干涉、 衍射等现象
5．用高压加速后的电子的德布罗意波的波长可以小到10－12 m 数量级．用它观察尺度在10－10 m数量级的微小物体时，其衍射 就可以忽略不计，从而大大提高了显微镜的分辨能力．一台电 子显微镜用来加速电子的电压高达U＝106 V，求用它加速后的 电子束的德布罗意波的波长．(电子的质量为m＝0.91×10－30 kg)
2．下列说法正确的是( ) A．德布罗意波属于机械波 B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性 C．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行 星、太阳都具有一种波和它对应，后来把这种波叫做德布罗意波 D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动 时不具有波动性
我们知道波是可以发生衍射和干涉的， 如果德布罗意波真的存在， 那么实物粒子也应该能够发生衍射或干涉！
（课本90页）讨论与交流： 质量为10 g的子弹，速度为500 m/s，它对应的德布罗 意波波长是多少?有可能让这样一束子弹打在靶上而出 现干涉或衍射现象吗?
=1.3×10－34m
通过计算可知，子弹的波布罗意波波长非常非常小。 而波必须在遇到一个大小与其波长相仿的小孔时才会发生明
德布罗意波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不同，宏 观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显，所以ABD错，应 选C
3．若某个质子的动能与某个氦核的动能相等，则这两个粒子的 德布罗意波长之比( ) A．1∶2 B．2∶1 C．1∶4 D．4∶1
4．一质量为450 g的足球以10 m/s的速度在空中飞行；一个 初速度为零的电子，通过电压为100 V的电场加速．试分别 计算它们的德布罗意波长，其中，电子质量为9.1×10－31 kg.
（课本90页）图4-4-2和图4-4-3：
电子衍射实验证明了德布罗意波假说， 德布罗意因此获得了1929年的诺贝尔物理学奖． 而戴维森和G.P.汤姆孙则共同获得1937年的诺贝尔物理学奖.
电子不仅会发生衍射，而且会发生干涉．
实验表明，微弱电子束的干涉图样和弱光干涉图样是非常 相似的．由此可见，实物粒子的确具有波动性. 实验证明，不仅仅电子，其他微观粒子都具有波动性．同 时，各种实物粒子也具有粒子性，这就是说实物粒子具有 与光一样的波粒二象性．波粒二象性是包括光子在内的一 切微观粒子的共同特征.
显衍射现象. 由于宏观物体的德布罗意波的波长极小，所以很 难观测到其衍射现象！那还有其它办法来验证德布罗意假说 吗？宏观物体不行，我们能否尝试从微观粒子入手呢？
以电子为例，电子的质量为9.1×10-31 kg，某电子速度大 小为4.0×106m/s ，请计算该电子对应的德布罗意波长。
=1.8×10－10m
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， 方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上， 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，则加速后电子的德布 罗意波长为？若电子质量m＝9.1×10－31 kg，加速电压U＝300 V，则电子束能否发生明显衍射现象？
由德布罗意物质波理论可知，任何一个运动的物体，小到电子、质子， 大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波，可见， A选项是正确的；由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射 线的衍射现象，并不能证实物质波理论的正确性，即B选项错误；电子 是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性， 故C选项是正确的；干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生 干涉、衍射现象，故选项D错误．综合以上分析知，本题应选A、C.
解析：由 eU＝Ek 及 p＝
2mEk 得 λ＝hp＝
h 2meU
将 U＝300 V 代入得 λ＝
6.63×10－34
m
2×9.1×10－31×1.6×10－19×300
≈0.71×10－10 m
λ 与金属晶格差不多，所以能发生明显衍射．
德布罗意波原理的运用：
电子显微镜就是利用了德布罗意波 的原理制作的。电子显微镜是在光 学显微镜的基础上，用电子束和电 子透镜代替光束和光学透镜，使物 质的细微结构在非常高的放大倍数 下成像的仪器，相对于光学显微镜， 电子显微镜的分辨率更高。
我们能否找到这么一个小孔呢？
我们知道晶体内部的原子（或离子）在空间呈周 期性排列，在每一层晶面上就构成一定形状的网 格，每一个网格就相当于一个这样的小孔．所以， 电子束 照射到晶体上可能会发生衍射。
美国工程师戴维森在1927年宣布获得了电子束在晶体上的衍射图 样，实验结果与德布罗意公式计算的结果完全一致. 几乎同时英国物理学家G.P.汤姆孙也独立发现了电子在晶体上的 衍射现象.