人教版高中物理人教版选修3-5课件第十七章：17.3 粒子的波动性 (共张30张PPT) 课件
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由于电压越高电子最终获得的动量越大，它的波长越短，分辨本领也就越强， 所以电子显微镜分辨本领的大小常用它的加速电压来表示。
科学漫步
问题:从减轻衍射影这方面提高显微镜的分辨本领有哪两个途径?电 子显薇镜采用了哪个途径?如果果显微镜用质子流而不是电子流工 作，它们加速后的度相同、哪种呈镜的分本领有可能更高？
2、一个电子和一个质子具有同样的动能时，它们的 德布罗意波长哪个大?
解： 由已知可得电子的质量比质子的小
由E k
P2 2m
可得电子的动量大
又 h 可得电子的波长较短
p
3、射击运动射击时会因为子弹的波动性而“失准”吗? 为什么?根据現实情况下子弹质量，速度大小所对应的 德布罗意波长来做定性说明。
课堂小结 一、光的波粒二象性
大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒
二象性。
h
p h
h架起了粒子性与波动性之间的桥梁
二、粒子的波动性：一切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,如一个质量 为 m 的实物粒子以速率 v 运动时,即具有以能量ε和动量 p 所描 述的粒子性，同时也具有以频率 v 和波长λ所描述的波动性。
既然一切运动的物体都具有波动性，那么 宏观物体为什么仅表现出粒子性，而没有表 现出波动性呢？
为什么生活中的宏观物体没有显示波动性呢？
例1：质量 m = 0.01kg，速度 v = 300m/s 的子弹的德布洛意 波长为多少？
• 结果表明，宏观物体(如子弹)的波动性根本测不出来。所 以，宏观物体表现为粒子性。
例2：电子动能Ek=100eV，质量m=9.110-31Kg，求德布罗意波长。
解：电子动能较小，速度较小，用公式求解：
Ek
1 2
mυ2
p2 2m
,
p = mυ = 2mEk
h h =1.23Å mυ p
可见，微观粒子的波动性较显著，如电子运动时， 相当于X射线 波段。
一些粒子的物质波波长
粒 子 已知条件
物质波波长
电子
Ek =100ev
1.231010 m
中子
Ek =1ev
0.291010 m
子弹 地球
m 0.01kg v 300m.s1
m 5.981024 kg v公转 29.8km.s1
2.211034 m
3.721063m
科学漫步
显微镜的分辨本领
生物实验室里的显微镜利用可见光工作，是光学显微镜。最好的光学显微镜能够分辨 200mm大小的物体，可以看到最小的细菌。大多数病毒比细菌小得多、光学显微镜就无 能为力了。技术在不断发展，人们可以制造更为精良的光学显微镜。那么，它的分辮本领 能不能无限提高呢?不能。衍射现象限制光学显微镜的分辨本领。
作业布置： 课本“问题与练习第1、2、3题
问题与练习解答：
1、我们根据什么说光具有波粒二象性?
解： ①光的衍射和折射说明光具有波动性，光电效应 和康普顿效应说明光具有粒子性。
②波粒二象性：粒子是指其不连续是一份能量。 光的的波长越长其波动性越显著，波长越短其粒 子性越显著。
③个别光子的作用效果往往表现为粒子性，大量 的光子时表现为波动性。
【典例2】.下列说法中正确的是( C) A.质量大的物体,其德布罗意波长小 B.质量小的物体,其德布罗意波长小 C.动量大的物体,其德布罗意波长小 D.速度大的物体,其德布罗意波长小
【典例3】下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是( C ) 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
示粒子性。
【思考讨论】
光是一种电磁波，也具有粒子性，那实物粒子是否具 有波动性呢？
二、粒子的波粒二象性
l 他认为，“整个世纪以来（指 19世纪）在光学中比起波动的 研究方法来，如果说是过于忽 视了粒子的研究方法的话，那 么在实物的理论中，是否发生 了相反的错误呢？是不是我们 把粒子的图象想得太多，而过 分忽略了波的图象呢”。
在20世纪20年代，那些关心物质波实验验证的物理 学家们，说起来实在太幸运了。因为他们在技术上的这 一难题已经解说决，那是在对伦琴射线的研究中解决的。
三、物质波的实验验证 1、伦琴射线衍射实验
射线
0.1nm
在伦号射线发现后的十多年间，这种射线到底是不 是波长很的电磁波，尚无定论。1912年，德国物理学家 劳厄提议，利用晶中体排列规则的物质微粒作为衍射光 栅，来检验伦琴射线的波动性。实验获得了成功，证实 伦琴射线就是波长为十分之几纳米的电磁波。
【例题1】有关光的本性，下列说法正确的是 A．光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的 B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点 C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性 D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的 一切行为，只能认为光具有波粒二象性
答案：D 解析：光既具有波动性，又具有粒子性，但它又不同于宏观观念中的机械波 和粒子。波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现，是同一客体的两个 不同侧面、不同属性，我们无法用其中的一种去说明光的一切行为，只能认 为光具有波粒二象性。只有选项D正确。
三、物质波的实验验证 2、电子衍射实验
考虑到电了的德布罗意波长与伦琴射线的波长具有 相近的数量级，1927年載维孙、汤姆孙分別利用晶体 做了电子束行射的实验，得到了类似图衍射图样，从 而证实了电子的波动性。
阴极 栅极
多晶 薄膜
K
G
Cs
U
高压
屏P
一切实物粒子都有波动性 除了电子以外，后来还陆续证实了质子、中子以及 原子、分子的波动性。对于这些粒子，德布罗意给出 的v＝E/h和入=h/p关系同样正确。1929年，德布罗意获 得了诺贝尔物理学奖，成为以学位论文获此殊荣的人。
18641881890159116922
T/年
牛顿 微粒说
赫兹 发现光电效
爱因斯坦 光子说
粒 康普顿效应 子
性
牛顿微粒 说占主导 地位
应
波动说 渐成真理
密立根 光电效应实验
一、光的波粒二象性
光的波动性
电磁波
波长 频率 波速
光的干涉 光的衍射 光的偏振
光的粒子性 光子 动量 能量 动质量
光电效应 康普顿效应
德布罗意，波动力 学创始人，量子力 学奠基人之一。
三、粒子的波动性
l德布罗意原来学习历史，后改 学理论物理。善于用历史的观 点，用类比方法分析问题。
l1924年，他在博士论文《关于 量子理论的研究》中大胆地把 光的波粒二象性推广到实物粒 子，如电子，质子等。于是他 提出实物粒子也具有波动性。
德布罗意，波动力 学创始人，量子力 学奠基人之一。
解析:波长越长，衍射现象越明显，要提高显微镜的 分辨能力，可采用波长较短的光或使粒子动量很大， 由入＝h/p得它的德布罗意波长会很短，衍射现象的 影响就小多了，这样就可大大提高分辨能力。电子显 微镜是采用把电子加速，使它动量很大，由入＝h/p 知，它的德布罗意波长会很短，从而提高分辨能力。
如果显微镜用质子流而不是电子流，它们加速后的 速度相同，因质子质量大于电子质量，所以质子动量大 于电子的动量，由入＝h/p知，质子的德布罗意波长比 电子的德布罗意波长更短，分能力更强，因此用质子流 显徽镜的分本领更高。
解：
因为宏观的子弹质量较大，速度也很大
由P mv和 h 可得很小。
P
由于德布罗意博士论文独创性，得到了答辩委员会的高度评 价，但是人们总觉得他的想法过于玄妙，无法接受。 爱因斯坦却说：“瞧瞧吧，看似疯狂，不过的确站得住脚”。 于是，有人质问：有什么可以验证这一新的观念？
没有实验装置
我们还知道，光虽然具有波动性，但并不是任何情 况下都能发生明显的干涉和行射。用来显示波动性的狭 缝或障碍物的线度要足够小才行。于是，一个关系到物 质世界真实图景的理论间题、就与一个实践上的技术问 题联系起来了。人们能够制作或找到这样的装置吗?
电子東也是一种波。如果把电子加速，使它的动量很大，它的德布罗意波长会比可见 光的波长短得多，衍射现象的影响就小多了。这样就有可能大大提高分辨能力。这种使用 电子東工作的显微镜叫做电子显镜。肉眼不能看见电子求，可以让电子東打在荧光板上来 观察显微图像不过通常的傲法是用感光胶片或光电转换件代替荧光板得到微小物体的显微 照片。现代电子显微镜的分本领可以达到0.2nm，能够看到蛋白质分子和金属的晶体结构。
第17章 波粒二象 性
第三节 粒子的波动性
光是一种物质，它既具有粒子性，又具 有波动性。在不同条件下表现出不同特性。 本节将针对光的这两个特性进一步的展开 分析。
光学发展史
托马斯·杨 双缝干涉
菲涅耳 衍射实验
赫兹 电磁波实验
实验
惠更斯
麦克斯韦
波
波动说
电磁说
动
性
1690 1672
1801 1814
v E h
h
p
为 德布罗意波长
与实物粒子相联系的波称为物质波。
三、物质波的实验验证
利用波的衍射和干涉进行验证，通过晶体规则排列的物质 微粒。 1、伦琴射线衍射实验
2、电子衍射实验
3、电子双缝实验 宏观物体的波长太短,到现在为止，我们无法观察到宏观物
体的波动性。宏观物体的波动性不必考虑，只考虑其粒子性。
大家知道，波长越长，衍射现象越明显。音的波长在1m左右，所 以我们能够听兒墙后面入们的谈话声，这是声音的衍射。可见光的 波长为400～700nm，日常生活中的物体大小比可见光的波长大得多， 光的衍射现象不明显，所以我们才说光沿直线传播。但是，显微镜 的精度报高，物镜的直径又不大，所以衍射现象不能忽略。由于衍 射，被观察物体上的一个光点经过透镜以后不再会聚成一个光点， 而形成一个光境，这样物体的像就模糊了，影响了显微镜的分辨本 领。
光具有波粒二象性。
mc2 h
P h
普朗克常量h是联系 描述粒子的物理量 和描述波动的物理 量的桥梁。
一、光的波粒二象性
我们无法只用其中一种观点说明光的一切行为，因而认 为光具有波粒二象性。 ⑴大量光子产生的效果显示波动性；个别光子产
生的效果显示粒子性。 ⑵波长长的光波动性明显；波长短的光粒子性明显。 ⑶光在空间传播时显示波动性；与物质微粒作用时显
物理学家德布罗意指出实物粒子也具有波动性。 每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。
h
h
p
与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也称为物质波。
德布罗意波 波长
h p
普朗克常量 物体的动量
任何一个物体，小到电子、质子，大到 行星、太阳，都有一种波与它对应。
物质波（德布罗意波）
三、物质波的实验验证
科学漫步
问题:从减轻衍射影这方面提高显微镜的分辨本领有哪两个途径?电 子显薇镜采用了哪个途径?如果果显微镜用质子流而不是电子流工 作，它们加速后的度相同、哪种呈镜的分本领有可能更高？
2、一个电子和一个质子具有同样的动能时，它们的 德布罗意波长哪个大?
解： 由已知可得电子的质量比质子的小
由E k
P2 2m
可得电子的动量大
又 h 可得电子的波长较短
p
3、射击运动射击时会因为子弹的波动性而“失准”吗? 为什么?根据現实情况下子弹质量，速度大小所对应的 德布罗意波长来做定性说明。
课堂小结 一、光的波粒二象性
大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒
二象性。
h
p h
h架起了粒子性与波动性之间的桥梁
二、粒子的波动性：一切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,如一个质量 为 m 的实物粒子以速率 v 运动时,即具有以能量ε和动量 p 所描 述的粒子性，同时也具有以频率 v 和波长λ所描述的波动性。
既然一切运动的物体都具有波动性，那么 宏观物体为什么仅表现出粒子性，而没有表 现出波动性呢？
为什么生活中的宏观物体没有显示波动性呢？
例1：质量 m = 0.01kg，速度 v = 300m/s 的子弹的德布洛意 波长为多少？
• 结果表明，宏观物体(如子弹)的波动性根本测不出来。所 以，宏观物体表现为粒子性。
例2：电子动能Ek=100eV，质量m=9.110-31Kg，求德布罗意波长。
解：电子动能较小，速度较小，用公式求解：
Ek
1 2
mυ2
p2 2m
,
p = mυ = 2mEk
h h =1.23Å mυ p
可见，微观粒子的波动性较显著，如电子运动时， 相当于X射线 波段。
一些粒子的物质波波长
粒 子 已知条件
物质波波长
电子
Ek =100ev
1.231010 m
中子
Ek =1ev
0.291010 m
子弹 地球
m 0.01kg v 300m.s1
m 5.981024 kg v公转 29.8km.s1
2.211034 m
3.721063m
科学漫步
显微镜的分辨本领
生物实验室里的显微镜利用可见光工作，是光学显微镜。最好的光学显微镜能够分辨 200mm大小的物体，可以看到最小的细菌。大多数病毒比细菌小得多、光学显微镜就无 能为力了。技术在不断发展，人们可以制造更为精良的光学显微镜。那么，它的分辮本领 能不能无限提高呢?不能。衍射现象限制光学显微镜的分辨本领。
作业布置： 课本“问题与练习第1、2、3题
问题与练习解答：
1、我们根据什么说光具有波粒二象性?
解： ①光的衍射和折射说明光具有波动性，光电效应 和康普顿效应说明光具有粒子性。
②波粒二象性：粒子是指其不连续是一份能量。 光的的波长越长其波动性越显著，波长越短其粒 子性越显著。
③个别光子的作用效果往往表现为粒子性，大量 的光子时表现为波动性。
【典例2】.下列说法中正确的是( C) A.质量大的物体,其德布罗意波长小 B.质量小的物体,其德布罗意波长小 C.动量大的物体,其德布罗意波长小 D.速度大的物体,其德布罗意波长小
【典例3】下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是( C ) 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
示粒子性。
【思考讨论】
光是一种电磁波，也具有粒子性，那实物粒子是否具 有波动性呢？
二、粒子的波粒二象性
l 他认为，“整个世纪以来（指 19世纪）在光学中比起波动的 研究方法来，如果说是过于忽 视了粒子的研究方法的话，那 么在实物的理论中，是否发生 了相反的错误呢？是不是我们 把粒子的图象想得太多，而过 分忽略了波的图象呢”。
在20世纪20年代，那些关心物质波实验验证的物理 学家们，说起来实在太幸运了。因为他们在技术上的这 一难题已经解说决，那是在对伦琴射线的研究中解决的。
三、物质波的实验验证 1、伦琴射线衍射实验
射线
0.1nm
在伦号射线发现后的十多年间，这种射线到底是不 是波长很的电磁波，尚无定论。1912年，德国物理学家 劳厄提议，利用晶中体排列规则的物质微粒作为衍射光 栅，来检验伦琴射线的波动性。实验获得了成功，证实 伦琴射线就是波长为十分之几纳米的电磁波。
【例题1】有关光的本性，下列说法正确的是 A．光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的 B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点 C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性 D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的 一切行为，只能认为光具有波粒二象性
答案：D 解析：光既具有波动性，又具有粒子性，但它又不同于宏观观念中的机械波 和粒子。波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现，是同一客体的两个 不同侧面、不同属性，我们无法用其中的一种去说明光的一切行为，只能认 为光具有波粒二象性。只有选项D正确。
三、物质波的实验验证 2、电子衍射实验
考虑到电了的德布罗意波长与伦琴射线的波长具有 相近的数量级，1927年載维孙、汤姆孙分別利用晶体 做了电子束行射的实验，得到了类似图衍射图样，从 而证实了电子的波动性。
阴极 栅极
多晶 薄膜
K
G
Cs
U
高压
屏P
一切实物粒子都有波动性 除了电子以外，后来还陆续证实了质子、中子以及 原子、分子的波动性。对于这些粒子，德布罗意给出 的v＝E/h和入=h/p关系同样正确。1929年，德布罗意获 得了诺贝尔物理学奖，成为以学位论文获此殊荣的人。
18641881890159116922
T/年
牛顿 微粒说
赫兹 发现光电效
爱因斯坦 光子说
粒 康普顿效应 子
性
牛顿微粒 说占主导 地位
应
波动说 渐成真理
密立根 光电效应实验
一、光的波粒二象性
光的波动性
电磁波
波长 频率 波速
光的干涉 光的衍射 光的偏振
光的粒子性 光子 动量 能量 动质量
光电效应 康普顿效应
德布罗意，波动力 学创始人，量子力 学奠基人之一。
三、粒子的波动性
l德布罗意原来学习历史，后改 学理论物理。善于用历史的观 点，用类比方法分析问题。
l1924年，他在博士论文《关于 量子理论的研究》中大胆地把 光的波粒二象性推广到实物粒 子，如电子，质子等。于是他 提出实物粒子也具有波动性。
德布罗意，波动力 学创始人，量子力 学奠基人之一。
解析:波长越长，衍射现象越明显，要提高显微镜的 分辨能力，可采用波长较短的光或使粒子动量很大， 由入＝h/p得它的德布罗意波长会很短，衍射现象的 影响就小多了，这样就可大大提高分辨能力。电子显 微镜是采用把电子加速，使它动量很大，由入＝h/p 知，它的德布罗意波长会很短，从而提高分辨能力。
如果显微镜用质子流而不是电子流，它们加速后的 速度相同，因质子质量大于电子质量，所以质子动量大 于电子的动量，由入＝h/p知，质子的德布罗意波长比 电子的德布罗意波长更短，分能力更强，因此用质子流 显徽镜的分本领更高。
解：
因为宏观的子弹质量较大，速度也很大
由P mv和 h 可得很小。
P
由于德布罗意博士论文独创性，得到了答辩委员会的高度评 价，但是人们总觉得他的想法过于玄妙，无法接受。 爱因斯坦却说：“瞧瞧吧，看似疯狂，不过的确站得住脚”。 于是，有人质问：有什么可以验证这一新的观念？
没有实验装置
我们还知道，光虽然具有波动性，但并不是任何情 况下都能发生明显的干涉和行射。用来显示波动性的狭 缝或障碍物的线度要足够小才行。于是，一个关系到物 质世界真实图景的理论间题、就与一个实践上的技术问 题联系起来了。人们能够制作或找到这样的装置吗?
电子東也是一种波。如果把电子加速，使它的动量很大，它的德布罗意波长会比可见 光的波长短得多，衍射现象的影响就小多了。这样就有可能大大提高分辨能力。这种使用 电子東工作的显微镜叫做电子显镜。肉眼不能看见电子求，可以让电子東打在荧光板上来 观察显微图像不过通常的傲法是用感光胶片或光电转换件代替荧光板得到微小物体的显微 照片。现代电子显微镜的分本领可以达到0.2nm，能够看到蛋白质分子和金属的晶体结构。
第17章 波粒二象 性
第三节 粒子的波动性
光是一种物质，它既具有粒子性，又具 有波动性。在不同条件下表现出不同特性。 本节将针对光的这两个特性进一步的展开 分析。
光学发展史
托马斯·杨 双缝干涉
菲涅耳 衍射实验
赫兹 电磁波实验
实验
惠更斯
麦克斯韦
波
波动说
电磁说
动
性
1690 1672
1801 1814
v E h
h
p
为 德布罗意波长
与实物粒子相联系的波称为物质波。
三、物质波的实验验证
利用波的衍射和干涉进行验证，通过晶体规则排列的物质 微粒。 1、伦琴射线衍射实验
2、电子衍射实验
3、电子双缝实验 宏观物体的波长太短,到现在为止，我们无法观察到宏观物
体的波动性。宏观物体的波动性不必考虑，只考虑其粒子性。
大家知道，波长越长，衍射现象越明显。音的波长在1m左右，所 以我们能够听兒墙后面入们的谈话声，这是声音的衍射。可见光的 波长为400～700nm，日常生活中的物体大小比可见光的波长大得多， 光的衍射现象不明显，所以我们才说光沿直线传播。但是，显微镜 的精度报高，物镜的直径又不大，所以衍射现象不能忽略。由于衍 射，被观察物体上的一个光点经过透镜以后不再会聚成一个光点， 而形成一个光境，这样物体的像就模糊了，影响了显微镜的分辨本 领。
光具有波粒二象性。
mc2 h
P h
普朗克常量h是联系 描述粒子的物理量 和描述波动的物理 量的桥梁。
一、光的波粒二象性
我们无法只用其中一种观点说明光的一切行为，因而认 为光具有波粒二象性。 ⑴大量光子产生的效果显示波动性；个别光子产
生的效果显示粒子性。 ⑵波长长的光波动性明显；波长短的光粒子性明显。 ⑶光在空间传播时显示波动性；与物质微粒作用时显
物理学家德布罗意指出实物粒子也具有波动性。 每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。
h
h
p
与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也称为物质波。
德布罗意波 波长
h p
普朗克常量 物体的动量
任何一个物体，小到电子、质子，大到 行星、太阳，都有一种波与它对应。
物质波（德布罗意波）
三、物质波的实验验证