3　粒子的波动性名师教学实录

第十七章

波粒二象性

17.3 粒子的波动性

高二物理

编写

王建明

审定

备课组

2011.3.11 学习目标：

1、了解光既具有波动性又具有粒子性。

2、知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性。

3、知道德布罗意波（物质波）的波长和粒子动量关系。

学习重点：

波粒二象性的代表特征

学习难点：会根据公式计算德布罗意波的波长

自学指导：仔细阅读课本、认真理解内容

要点理解：

知识点一：光的波粒二象性

1.光的波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性。

2.光子的能量：ε=hv 3.光子的动量：p=h/λ

物理量ε和p描述光的 性，物理量v和λ描述光的 性，h架起了粒子性与波动性的桥梁。

知识点二：粒子的波动性

1.德布罗意波：任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也称 。

2.波的频率：v=ε/h 波的波长：λ=h/p 说明：ε为粒子的能量，p为粒子的动量

知识点三：物质波的实验验证

1927年戴维孙和G。P。汤姆孙分别利用晶体做了电子束 的实验，得到了类似下图的衍射图样，从而证实了电子波动性。他们为此获得了1973年的诺贝尔物理学奖。

拓展点一：光的波粒二象性的理解

1.光本性学说的发展简史

2.光的波粒二象性的理解

拓展点二：对物体波的理解

1．我们平时所看到的宏观物体运动时，我们看不见它们的波动性，但也有一个波长与之对应，例如飞行子弹的波长约为10—Nm，这个波长实在是太小了。

2．波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性；宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以观测。

3．对于光，先有波动图象(即v和入)，其后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)，再引用德布罗意波

(即v和λ)的概念来补充它的波动性。不过要注意这里所谓波动性和粒子性，实际上仍然都是经典物理学的概念，所谓补充仅是形式上的。

问题一

对光的波粒二象性的理解

1、下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是(

)

A．有的光是波，有的光是粒子

B．光子与电子是同样的一种粒子

C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著

D．大量光子的行为往往显示出粒子性

2

关于物质波，下列认识中错误的是

(

)

A．任何运动的物体(质点)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

[点评]

(1)物质波理论上是说任何一个运动的物体(如实物粒子等)都具有波动性，即其行为服从波动规律。

(2)物质波理论告诉我们，任何微观粒子都既具有粒子性又具有波动性，即与光一样，也具有波粒二象性。波粒二象性是光子、电子、质子等微观粒子都具有的基本属性。

问题二

物质波的理解

3

下列说法中正确的是

(

)

A．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性

B．光的频率越大，波长越长

C．光的波长越大，光子的能量越大

D．光在真空中的传播速度为3．00x108m／s

4

以下说法正确的是

(

) A．物体都具有波动性

B．抖动细绳一端，绳上的波就是物质波

C．通常情况下，质子比电子的波长长

D．核外电子绕核运动时，并没有确定的轨道

问题三

德布罗意波长的计算

5．如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以103m／s的速度运动，则它们的德布罗—意波的波长分别是多长?(中子的质量为1．67x1027kg)

6．质量为60kg的运动员，百米赛跑的成绩为10s，试估算运动员的德布罗意波的波长。

问题四

物质波的应用

7

为了观察晶体的原子排列，采用了以下两种方法：

(1)用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜成像(由于电子的物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象，因此，电子显微镜的分辨率高)；(2)利用X射线或中子束得到晶体

的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列。则下列分析中正确的是

(

)

A．电子显微镜所利用的是，电子的物质波的波长比原子尺寸小得多

B．电子显微镜中电子束运动的速度应很小

C．要获得晶体的X射线衍射图样，X射线波长要远小于原子的尺寸

D．中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当

课后反思：