3　粒子的波动性第二课时教案

第3节

粒子的波动性

学习目标：

1.知道光具有波粒二象性，区分光的波动性和粒子性．

2.知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性．

3．了解德布罗意波和粒子动量的关系．

一、光的波粒二象性

1．波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性．

h2．光子的能量和动量：光子的能量ε和动量p可分别表示为：ε＝hν，p＝.能量ε和动λ量p是描述物质粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质波动性的典型物理量．普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁．

1．(1)光的干涉、洐射、偏振现象说明光具有波动性．(

)

(2)光子数量越大，其粒子性越明显．(

)

(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．(

)

二、粒子的波动性及物质波的实验验证

1．粒子的波动性

(1)德布罗意波：每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫物质波．

(2)物质波的波长、频率关系式：

hε波长：λ＝

频率：ν＝. ph2．物质波的实验验证

(1)实验探究思路：干涉、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象．

(2)实验验证：1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性．

(3)说明

①人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出εh的ν＝和λ＝关系同样正确．

hp②宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的波长很小，根本无法观察到它的波动性．

2．(1)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波．(

)

(2)湖面上的水波就是物质波．(

)

(3)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性．(

)

知识点一

对光的波粒二象性的理解

实验

基础

表现

(1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规光的波动性

干涉和衍射

律来描述

(2)足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质

(3)波长长的光容易表现出波动性

(1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一光的粒子性

份”进行的，表现出粒子光电效应、的性质

(1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的

(2)光子不同于宏观观念的粒子

(1)光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的

(2)光的波动性不同于宏观观念的波

说明

康普顿效应

(2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性

(3)波长短的光，粒子性显著

有关光的波粒二象性的下列说法中，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

知识点二

物质波的理解和波长计算

1．对物质波的理解

(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的缘故．

(2)粒子在空间各处出现的几率受统计规律支配，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，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．

2．计算物质波波长的方法

(1)根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式p＝mv. h(2)根据波长公式λ＝求解．

p(3)注意区分光子和微观粒子的能量和动量的不同表达式．如光子的能量：ε＝hν，动量h1p＝；微观粒子的动能：Ek＝mv2，动量p＝mv. λ2方向1

对物质波的理解

下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是(

) 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

方向2

物质波波长的计算

如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以103 m/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1.67×10－27 kg) 人类对光的本性认识历程

光的本性是什么？从牛顿的光的微粒说，到托马斯·杨和菲涅耳的光的波动说，从麦克斯韦的光的电磁说，到爱因斯坦的光子说，人类对光的认识构成了一部科学史诗．

微粒说

波动说

电磁说

19世纪

中期

麦克斯韦

能在真空

实验

依据

光的直线

传播、光

的反射

光的干

涉、衍射

中传播，是

横波，光速

等于电磁

波速

光电效

应、康普

顿效应

光子说

20世纪

中期

爱因斯坦

波粒

二象性

20世纪初

年代

代表

人物

17世纪

17世纪

牛顿

惠更斯

公认

光既有波

动现象，

又有粒

子特征

光是具有

内容

要点

光是一群

弹性粒子

光是一种

机械波

光是一种

电磁波

光是由一

份一份光

子组成的

电磁本性

的物质，既

有波动性

又有粒子性

例题

关于光的本性，下列说法中正确的是(

)

A．关于光的本性，牛顿提出微粒说，惠更斯提出波动说，爱因斯坦提出光子说，它们都说明了光的本性

B．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子

C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性

D．光的波粒二象性是将牛顿的粒子说和惠更斯的波动说真正有机地统一起来

(多选)人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是(

) A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的

B．光的双缝干涉显示了光的波动性

C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波

随堂达标

1．(2016·哈尔滨高二检测)下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是(

) A．光的色散和光的干涉

B．光的干涉和光的衍射

C．泊松亮斑和光电效应

D．光的反射和光电效应

2．对光的认识，以下说法正确的是(

) A．光波和声波的本质相同，都具有波粒二象性

B．光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的

C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了

D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显

3．下列说法中正确的是(

) A．物质波属于机械波

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，这种波叫做物质波

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

4．电子经电势差为U＝220 V的电场加速，在v

－19 C)

课后作业

一、单项选择题

1．关于光的波动性与粒子性，以下说法正确的是(

) A．爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说

B．光电效应现象说明了光的粒子性

C．光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一

D．以上说法均错误

2．下列说法正确的是(

) A．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点

B．光不具有波动性

C．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

D．实物粒子和光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是相同本质的物质

3．如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们也相等的是(

) A．速度

B．动能

C．动量

D．总能量

4．(2016·昆明高二检测)X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则(

) hλA．E＝，p＝0

chcC．E＝，p＝0

λhλhλB．E＝，2

cchchD．E＝，p＝

λλ5．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

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

二、多项选择题

6．(2016·山西临汾高二检测)关于光的波粒二象性的理解正确的是(

) A．大量光子的行为往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性

B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子

C．高频光是粒子，低频光是波

D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著

7．下列说法中正确的是(

) A．光的干涉和衍射说明光具有波动性

B．光的频率越大，波长越长

C．光的波长越长，光子的能量越大

D．光在真空中的传播速度为3.0×108 m/s 8．(2015·高考江苏卷)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有(

) A．光电效应现象揭示了光的粒子性

B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性

C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释

D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等

h9．频率为ν的光子，德布罗意波波长为λ＝，能量为E，则光的速度为(

) pEλA.

hEC.

pB．pE

h2D.

Ep10．根据物质波的理论，下列说法正确的是(

) A．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性

B．微观粒子和宏观物体都具有波动性

C．宏观物体的波动性不易被察觉，因为它的波长太长

D．速度相同的质子和电子，电子的波动性更为明显

三、非选择题

11．金属晶体中晶格大小的数量级是10－10

m．电子经电场加速，形成一电子束，电子束照射该金属晶体时，获得明显的衍射图样．问这个加速电场的电压约为多少？(已知电子的电荷量e＝1.6×10

12．科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船，设该飞船所在地每秒每单位面积接收到的光子数为n，光子平均波长为λ，太阳帆面积为S，反射率100%，设太阳光垂直射到太阳帆上，飞船总质量为m. h(1)求飞船加速度的表达式(光子动量p＝)；

λ(2)若太阳帆是黑色的，飞船的加速度又为多少？

－19 C，质量m＝0.90×10－30 kg)