3　粒子的波动性教学设计案例

17.3

粒子的波动性---学案

【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．

重点难点：1.对波粒二象性的理解．

h2．公式λ＝的简单应用．

p【自主预习】

一、光的波粒二象性

1．波粒二象性：光既具有________性，又具有______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＝_____，p＝.能量ε和λ动量p是描述物质粒子性的重要物理量；_______和________是描述物质波动性的典型物理量．_____________架起了粒子性与波动性之间的桥梁．

3．现象与本质：光的干涉和衍射现象表明光是一种______，光电效应和康普顿效应表明光同时也是一种______．光的波动性与粒子性是统一的．只有承认光的____________性，才是对光的本性最全面的认识．

二、粒子的波动性

1924年，法国巴黎大学学生__________在博士学位论文中提出假设：实物粒子也具有

___________．即每一个_________粒子都与一个对应的______相联系，粒子的能量ε与动量p跟它所对应的频率与波长λ之间遵从：ν＝____，λ＝_____.这种与实物粒子相联系的波叫_____________，又叫________波．

三、物质波的实验验证

1.1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用________做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的_______性．

2.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，德布罗意给出的εhν＝和λ＝关系同样正确．

hp【典例精析】

一、对光的波粒二象性的认识

例1

对光的认识，以下说法中正确的是(

) A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性

B．高频光是粒子，低频光是波

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，就不再具有波动性了

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得明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显

二、对物质波的理解

例2

下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是(

) A．光波是一种物质波

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

【预习自测】

1．(光的波粒二象性)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表现出粒子性

－2．(对物质波的理解)利用金属晶格(大小约1010

m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是使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，普郎克常量为h，则下列说法中正确的是(

) A．该实验说明了电子具有波动性

hB．实验中电子束的德布罗意波长为λ＝

2meUC．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显

D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显

17.3

粒子的波动性---学案答案

【自主预习】

一、1.波动

粒子

2.hν 波长λ 频率ν

普朗克常量h

3.波

粒子

波粒二象

二、德布罗意

波动性

运动的

波

h

德布罗意波

物质

hp三、1.晶体

波动

【典例精析】

例1

解析

个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，频率高的光粒子性强，频率低的光波动性强，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项为A、D. 答案

AD 例2

解析

宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍具有波动性，D项错；X光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的存在，B项错．只有C项正确．

答案

C 【预习自测】

1.答案

C 解析

一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子．

虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子．

光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著；光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著．故选项C正确，A、B、D错误．

2.答案

AB 解析

得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A正确；

h由德布罗意波长公式λ＝p

而动量p＝2mEk＝2meU

h两式联立得λ＝，B正确；

2meUh由公式λ＝可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象越不明显；用相同动2meU能的质子替代电子，质子的波长小，其衍射现象不如电子的衍射现象明显．故C、D错误．