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物理粤教版 (2019)第四节 德布罗意波示范课ppt课件
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这是一份物理粤教版 (2019)第四节 德布罗意波示范课ppt课件，共30页。PPT课件主要包含了光的波粒二象性，堂上练习等内容，欢迎下载使用。
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
光的波粒二象性具体表现在：
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?
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： 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
（课本89页）德布罗意假说：
能否通过实验验证德布罗意假说?
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?
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。
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.
（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.
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？
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。
德布罗意波原理的运用：
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?
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
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.
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
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∶1C．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.
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)
6.电子和光一样具有波动性和粒子性，它表现出波动的性质，就像X射线穿过晶体时会产生衍射一样，这一类物质粒子的波动叫物质波．质量为m的电子以速度v运动时，这种物质波的波长可表示为λ＝h/mv.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＝6.6×10－34 J·s.(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2500 V电压加速,求能量和这个电子动能相同的光子的波长,并求该光子的波长和这个电子的波长之比.
7.一颗质量为10g的子弹,以200m/s的速度运动着,则由德布罗意理论计算,要使这颗子弹发生明显的衍射现象,那么障碍物的尺寸为( )A.3.0×10-10mB.1.8×10-11mC.3.0×10-34mD.无法确定
8.在热中子衍射技术中,常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波波长与晶体中原子间距相近.已知热中子质量m=1.67×10-27kg,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,可以估算德布罗意波波长λ=1.82×10-10m的热中子动能的数量级为( )A.10-17 JB.10-19 JC.10-21 JD.10-24 J
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
光的波粒二象性具体表现在：
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?
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： 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
（课本89页）德布罗意假说：
能否通过实验验证德布罗意假说?
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?
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。
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.
（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.
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？
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。
德布罗意波原理的运用：
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?
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
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.
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
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∶1C．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.
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)
6.电子和光一样具有波动性和粒子性，它表现出波动的性质，就像X射线穿过晶体时会产生衍射一样，这一类物质粒子的波动叫物质波．质量为m的电子以速度v运动时，这种物质波的波长可表示为λ＝h/mv.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＝6.6×10－34 J·s.(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2500 V电压加速,求能量和这个电子动能相同的光子的波长,并求该光子的波长和这个电子的波长之比.
7.一颗质量为10g的子弹,以200m/s的速度运动着,则由德布罗意理论计算,要使这颗子弹发生明显的衍射现象,那么障碍物的尺寸为( )A.3.0×10-10mB.1.8×10-11mC.3.0×10-34mD.无法确定
8.在热中子衍射技术中,常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波波长与晶体中原子间距相近.已知热中子质量m=1.67×10-27kg,普朗克常量h=6.63×10-34J·s,可以估算德布罗意波波长λ=1.82×10-10m的热中子动能的数量级为( )A.10-17 JB.10-19 JC.10-21 JD.10-24 J
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