3　粒子的波动性PPT配套教学设计内容

粒子的波动性

学习目标

1．知道光的本性认识史．

2．知识光的波粒二象性，理解其对立统一的关系．

3．会用光的波粒二象性分析有关现象．

4．理解德布罗意波，会解释相关现象．

自主学习

一、光的波粒二象性

1．光的本性

光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性．即光具有波粒二象性．

2．光子的能量和动量

(1)能量：ε＝hν；

(2)动量p＝. λ3．意义

能量ε和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量．因此ε＝hν和p＝揭λ示了光的粒子性和波动性之间的密切关系．

二、粒子的波动性

1．德布罗意波

任何一个运动着的物体，都有一种波与它相对应，这种波叫物质波，也称为德布罗意波．

hε2．物质波的波长、频率关系式：λ＝，ν＝. phhh

对物质波的认识与理解

1．物质波的提出

(1)1924年，法国巴黎大学的德布罗意，在论文中把光的波粒二象性推广到了实物粒子，用类比的方法，从理论上预言了物质波的存在．

(2)德布罗意认为：每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系．并且指出其能量、动量跟它对应的频率ν、波长λ的关系．νεh＝，λ＝. hp物质波的意义

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，宏观的物体也存在波动性，但波长太小，无法观测．

3．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)德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，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．

三、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的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性．

课堂巩固

一、对光的波粒二象性的理解

【例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．光和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

【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．虽然光子和电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止的质量；光子不是实物粒子，没有静止的质量，电子是以实物粒子存在的物质，而光子是以场的形式存在的物质，所以不能说光子和电子是同样的一种粒子，大量光子的行为往往表现出波动性，单个光子往往显示出其粒子性，光的波长越长，波动性越显著．光的波长越短，其频率越高，其光子的能量越大，个别或少数光子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．

巩固练习1 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微粒说和惠更斯的波动说真正有机统一起来的

解析

光具有波粒二象性是现代物理学说关于光的本性的认识，光的波粒二象性不同于牛顿的微粒说和惠更斯的波动说，是爱因斯坦的光子说和麦克斯韦的电磁说的统一．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，故A、B、D选项错误，C选项正确．

二、德布罗意波的理解和计算

【例2】

2002年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X射线源．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 cC．E＝，p＝0 λhλhλ

B．E＝，p＝2

cc

D．E＝，p＝

λλhchch【解析】

根据E＝hν，且λ＝，c＝λν可得X射线每个光子的能量为：E＝，每个光子的动量为：p＝. λλhphch

巩固练习2 一个电子初速度为零，通过电压为100 V的加速电场，试计算它的德布罗意波长．(电子电量e＝1.6×10－19 C，电子质量me＝9.1×10－31 kg)(保留两位有效数字) 解析

电子从静止经过加速电场后的速度为v，

12由动能定理得eU＝mev，

2p＝mev＝2meeU，

设该电子运动时的德布罗意波长为λ，

hhλ＝＝

p2meeU6.63×10－34＝ m －31－192×9.1×10×1.6×10×100＝1.2×10－10 m.