最新-2021学年粤教版物理选修35课件：第25德布罗意波 精品

谓补充仅是形式上的.综上所述,德布罗意的推想基本上是爱因斯
坦1905年关于光子的波粒二象性理论(光粒子由波伴随着)的一种
推广,使之包括了所有的物质微观粒子.
一
二
知识精要
思考探究
典题例解
迁移应用
4.物质波也是概率波
对于电子、实物粒子等其他微观粒子,同样具有波粒二象性,所
以与它们相联系的物质波也是概率波.也就是说,单个粒子位置是
加速,电子动量很大,它的德布罗意波长就很短,衍射现象的影响就
很小.
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案例探究
类题试解
影响显微镜分辨率本领的一个因素是衍射,衍射现象越明显,分
辨本领越低.使用电子束工作的电子显微镜有较高的分辨本领,它
利用高压对电子束加速,最后打在感光胶片上来观察显微图像.以
下说法正确的是(
)
A.加速电压越高,电子的波长越长,分辨本领越强
零的电子,通过电压为100 V的加速电场.试分别计算它们的德布罗
意波波长.(已知me=9.1×10-31 kg,e=1.6×10-19 C,h=6.63×10-34 J·s)
答案:1.47×10-34 m 1.23×10-10 m
ℎ
ℎ
解析:物体的动量p=mv, 其德布罗意波波长 λ= = .

足球的波长
探究分析这种照相底片感光的截止波长(即它能记录的光的最大波
长值).
解析:ε=hν,而c=λν,
故
ℎ
λ=

=
6.63×10-34×3×108
1.0×10-19
答案:2.0×10-6 m
m≈2.0×10-6 m.
一
二
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思考探究
典题例解
迁移应用
一
二
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思考探究
典题例解
迁移应用
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
第五节
德布罗意波
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预习导引
学习
目标
重点
难点
1.知道实物粒子具有波动性.
2.知道光波和物质波都是概率波.
3.理解德布罗意波,会解释相关现象.
4.知道电子云,了解“不确定性关系”的具体含义.
重点:对德布罗意波的理解.
难点:准确理解对应的公式,并熟练应用.
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一、德布罗意波假说
任何一个实物粒子都和一种波相对应,这种波被称为德布罗意波,
观粒子也都具有波动性.
三、电子云
当原子处于稳定状态时,电子会形成一个稳定的概率分布,这种
概率分布称为电子云.
四、不确定关系的表达式
实验发现,对光子位置的测量越精确,其动量的不确定性就越大,
ℎ
ΔxΔp≥
反之亦然.微观粒子的不确定性关系的表达式为____________.
4π
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预习交流2
电子波长
λ'
则
λ″
=
h
λ″= ≈2.5×10-11
p'
5.0×10-10
-11
2.5×10
=20.

m
m
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下课
迁移应用
一
二
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思考探究
典题例解
迁移应用
一
二
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迁移应用
一
二
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典题例解
迁移应用
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案例探究
类题试解
物质波与显微镜
当被观察物太小时,衍射现象不能忽略,这样物体的像就模糊了,
影响了显微镜的分辨本领.
电子显微镜是使用电子束工作的.电子束也是一种波,如果把它
(1)计算具有100 eV动能的电子的动量p和波长λ;
(2)若一个静止的电子经2 500 V电压加速,求能量和这个电子动
能相同的光子的波长及该光子的波长和Байду номын сангаас个电子的波长之比.
答案:(1)5.4×10-24 kg·m/s 1.2×10-10 m
(2)5.0×10-10 m 20
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案例探究
类题试解
B.加速电压越高,电子的波长越短,衍射现象越明显
C.如果加速电压相同,则用质子流工作的显微镜比用电子流工作
的显微镜分辨本领强
D.如果加速电压相同,则用质子流工作的显微镜比用电子流工作
的显微镜分辨本领弱
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案例探究
类题试解
解析:设加速电压为U,电子电荷量为e,质量为m,
则有
1 2
2
Ek= mv =eU= ,又
与光子对应的波是电磁波,与实物粒子对应的波是物质波.
一
二
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典题例解
迁移应用
(4)对于光,先有波动性(即ν和λ),再在量子理论中引入光子的能量
ε和动量p来补充它的粒子性.反之,对于实物粒子,则先有粒子概念
(即ε和p),再引入德布罗意波(即ν和λ)的概念来补充它的波动性.不
过要注意这里所谓的波动和粒子,仍然都是经典物理学的概念,所
“在微观物理学中,由于我们不可能同时准确地知道某个粒子的
位置和动量,粒子出现的位置是无规律可循的.”你是如何理解的?
答案:虽然我们不可能同时准确地知道某个粒子的位置和动量,
但粒子的运动却有规律可循,那就是统计规律,比如,衍射的亮斑位
置就是粒子出现概率大的位置.
一
二
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典题例解
迁移应用
一、物质波
2
2
ℎ
p= ,故

eU=
ℎ
2
2 ,可得
2
λ=
2
ℎ
.
2
对电子来说,加速电压越高,λ越小,衍射现象越不明显,故选项A、
B错误;电子与质子比较,因质子质量比电子质量大得多,可知质子
加速后的波长要小得多,衍射现象不明显,分辨本领强,故选项C正确,
选项D错误.
答案:C
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案例探究
类题试解
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案例探究
类题试解
电子和光一样具有波粒二象性,它表现出波动性,就像X射线穿过
晶体时会产生衍射一样,这一类实物粒子的波动叫德布罗意波.质
ℎ
量为m的电子以速度v运动时,这种德布罗意波的波长可表示为λ=.
已知电子质量m=9.1×10-31 kg,电子电荷量e=1.6×10-19 C,普朗克
常量h=6.63×10-34 J·s.
不确定的,具有偶然性;大量粒子运动具有必然性,遵循统计规律.概
率波将波动性与粒子性统一起来.
一
二
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典题例解
迁移应用
宏观物体也具有波粒二象性吗?
答案:宏观物体由于运动动量较大,根据德布罗意波波长与动量
ℎ
的关系 λ= ,波长非常非常小,尽管不容易观察到它们的干涉、衍
射等波的现象,但它们仍然具有波动性,因此宏观物体也具有波粒
=
ℎ
22
m≈1.23×10-10 m.
一
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二象性.
一
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典题例解
迁移应用
【例1】 照相底片上的感光物质中的AgBr分子在光照射下能分
解,经冲洗后就被记录下来(这种现象称为“光化效应”,与光电效应
类似,只有入射光光子的能量大于某一数值,才能发生).已知分解一
个AgBr分子所需的最小能量约为1.0×10-19 J,h=6.63×10-34 J·s,试
1.德布罗意假说的内容
(1)实物粒子也具有波动性,即每一个运动的粒子都与一个对应的
波相联系,这种波叫做德布罗意波,也称为物质波.
(2)粒子有能量和动量与对应波的频率和波长的关系为

ℎ
ℎ

ν= ,λ= .
一
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迁移应用
2.物质波的实验验证
(1)证明思路:观察实物粒子的衍射图样.
ℎ
λ1=
1 1
电子经电场加速后,
=
6.63×10-34
450×10-3×10
1
2

m≈1.47×10-34 m.
速度增加为 v2,根据动能定理 m22 2 =eU,p2=m2v2= 22 .
ℎ
2
该电子的德布罗意波波长 λ2=
=
6.63×10-34
2×9.1×10-31×1.6×10-19×100
(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)德布罗意波是一种概率波,粒子在空间各处出现的概率受波动
规律的支配,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,
也称物质波.
预习交流1
射击运动员射击时会因为子弹的波动性而“失准”吗?为什么?根
据现实情况下子弹质量、速度大小所对应的德布罗意波波长来做
定性说明.
答案:不会.因为宏观的子弹质量和速度较大,动量较大,德布罗意
波波长非常小.
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二、电子衍射
电子衍射的发现证明了德布罗意波假说,实验表明,其他一切微
解析:(1)电子的动量
p= 2k ≈5.4×10-24 kg·m/s
ℎ

德布罗意波长 λ= ≈1.2×10-10m.
(2)由电子的能量
ε=2 500 eV=4.0×10-16 J
根据
ℎ
ε= 得,光子波长

电子的动量
ℎ
λ'= ≈5.0×10-10

p'= 2'k ' ≈2.7×10-23 kg·m/s
ℎ
ℎ
由 λ= =
知,要使λ大,应使m尽可能小,晶体中离子间距为10-10


m,因此可利用晶体作衍射光栅,检验电子的波动性.
(2)物质波的实验验证
戴维孙和G.P.汤姆生分别利用晶体做了电子束衍射的实验,得到
了类似如图所示的衍射图样,从而证实了电子的波动性.
一
二
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迁移应用
3.对物质波的理解