精品课件：6.2实物粒子的波粒二象性.pptxVIP

第六章波粒二象性第2节实物粒子的波粒二象性鲁科版2019选择性必修3

波粒二象性光具有波粒二象性，那么作为实物粒子的原子、质子、中子和电子等是否也具有波粒二象性呢？

一、德布罗意假说德布罗意注意到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的成功，考察了对光的认识过程，大胆提出实物粒子也具有波动性。德布罗意德布罗意假说每一个运动的粒子都有一个对应的波粒子的能量E与相应的波的频率v之间的关系为粒子的动量p与相应波长λ之间的关系为德布罗意关系式中的h为普朗克常量，通过普朗克常量把粒子性和波动性联系起来。人们称实物粒子对应的波称为物质波或德布罗意波。

电子质量m＝9.1×10-3kg，普朗克常量h＝6.63×10-34J·s，求动能为100eV的自由电子的物质波波长。由题意可知，h＝6.63×10-34J·s，E＝100eV＝1.6×10-7J,m=9.1×10-3kg。根据可得由得解动能为100eV的自由电子的物质波波长是1.2×10-10m，与可见光相比，波长很短。讨论

一个质量为20g的子弹以1000m／s的速度运行时，请计算其物质波波长，并由此分析为何无法观察到子弹的波动性。波长极短，所以观察不到宏观物体的波动性

二、德布罗意假说的实验探索1927年，戴维孙和革末通过实验发现了电子的衍射现象。戴维孙革末从灯丝K射出的电子经加速电压U加速后，通过狭缝D成为很细的平行电子束，射到单晶体M上，用与探测器B相连的电流计G测量反射的电流。实验时保持θ角不变，研究加速电压U和反射电流I之间的关系。实验方法实验结果电流I不随电压U的增大而单调增大或减小，呈现出的规律与X射线在晶体上反射产生的衍射规律相似。粒子具有波动性，能否像光那样发生衍射现象和干涉现象呢？实验结论表明电子具有波动性。

戴维孙和汤姆孙分别独立证实了电子的波动性，并因此共同获得了诺贝尔物理学奖。二、德布罗意假说的实验探索1927年，汤姆孙用实验证明，电子在穿过金属片后像X射线一样产生衍射现象，也证实了电子的波动性。汤姆孙（G．Thomson，1892-1975）实验方法将电子束经上万伏高压加速，使其能量为10～40keV，电子可穿过固体薄箔，直接产生衍射图样（图6-15）。

二、德布罗意假说的实验探索1960年，约恩孙直接做了电子双缝干涉实验，从屏上摄得了类似杨氏双缝干涉图样的照片（图6-16）。这些实验结果都证明了电子具有波动性。

扫描隧道显微镜科学书屋扫描隧道显微镜（STM）以一根非常细小的针尖和被研究物质的表面为两个导体，形成两个电极。当针尖与样品表面非常接近（一般小于1nm）时，由于电子存在波动性，电子就会穿过两个电极之间的绝缘层流向另一极，这种电流称为隧道电流。隧道电流的大小与针尖到样品表面的距离密切相关。测量时让针尖在样品表面扫描，控制隧道电流不变，针尖随样品表面高低起伏。针尖的三维运动信号可通过计算机系统在屏幕上直接显示，或者在记录纸上打印下来，获得样品表面的三维立体信息。在低温下，利用STM可对原子进行直接操纵和排布；在常温下，也可对单个原子进行拾取和填充，实现了按人类意愿重新排布单个原子的梦想。

三、不确定性关系在宏观世界中，一个物体的位置和动量是可以同时确定的。但在微观世界中，粒子的位置和动量不能同时确定。德国物理学家海森堡研究发现，这种不确定性存在如下关系：海森堡（W．Heisenberg，1901-1976）位置的不确定范围动量的不确定范围普朗克常量这个关系通常称为不确定性关系，也称为海森堡不确定性关系。

三、不确定性关系不能同时精确确定一个微观粒子的位置和动量，位置不确定范围与动量不确定范围的乘积大于或等于也就是说，我们不可能同时准确地知道粒子的位置和动量。不确定性关系表明:普朗克常量是一个很小的量，对宏观物体来说，这种不确定性关系可忽略不计，故宏观物体的位置和动量是可以同时确定的。

三、不确定性关系能量和时间的不确定性关系有不确定性关系的另一对物理量是能量和时间，能量E和时间t的不确定性关系为：原子物理中，电子的能级实际上不是单一的能量值，能量有分布范围。电子停留在同一能级上的时间是不同的，有的停留时间短，有的停留时间长。根据能量和时间的不确定性关系，能量不确定范围越小的能级，电子停留的时间越长。