3　粒子的波动性教学目标

粒子波动性导学案

【教学目标】

1．通过实验分析，了解光的波粒二象性的内容，感受微观粒子运动的复杂性。

2．知道实物粒子具有波动性，领会对称性的研究方法，感悟科学家的探求精神。

3．通过对物质波的实验验证内容的学习，感受实验研究这一重要的研究方法。

4．通过对科学漫步的阅读，感受科学的成就推动了技术的进步。

【教学重点】

实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系

【教学难点】

实物粒子的波动性的理解。

【自主学习】

一、光的波粒二象性

1．光的本性，光既具有

又具有

，光具有

。

2．光的能量和动量

（1）光的能量：ε=

（2）光的动量：p=

能量ε和动量p是描述物质的

的重要物理量；波长λ和频率是描述物质

性的典型物理量。

3．p与ε是描述粒子性的，λ、是描述波动性的，h则是连接粒子和波动的桥梁。波粒二象性对光子来讲是统一的。

二、粒子的波动性

1．1924年德布罗意提出，实物粒子也具有波动性，即一切实物粒子都有具有波粒二象性。

2．德布罗意波：每一个运动的粒子都与一个相应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫做

。

3．物质波的波长、频率的关系式

=

λ=

三、物质波的实验验证

1．1912年，德国物理学家劳厄提议，利用晶体中排列规则的物质微粒作为衍射光栅，来检验伦琴射线的波动性。实验获得成功，证实伦琴射线就是波长为十分之几纳米的电磁波。

2．1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，得到了类似如图所示的衍射图样，从而证实了电子的波动性。

3．除了电子以外，后来还陆续证实了质子、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=ε/h和λ=h/p关系同样正确。

4．宏观物体的质量比微观粒子大得多，它们运动的动量很大，对应的德布罗意波的波长很小。例如，一个质量为0.01kg、速度为300m/s的子弹，它的德布罗意波的波长只有2.2×10-34m，比宏观物体的尺寸小

得多，根本无法观察到它的波动性。而原来静止的电子，在经过100V电压加速后，德布罗意波的波长约为0.12m，因此有可能观察到电子的波动性。

【课堂练习】

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粒子说和惠更斯的波动说真正有机地统一起来

2．对于物质波的理解，以下说法正确的是(

) A．任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波

B．我们平时见到的机械波比如湖面上形成的水波就是物质波

C．通常情况下，电子比质子的波长长

D．一切实物粒子都有具有波粒二象性

3．对光的认识，以下说法正确的是(

) A．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

B．光电效应和康普顿效应说明光具有波动性

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

4．下列物理实验中，能说明粒子具有粒子性的是(

) A．通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系，证明了爱因斯坦方程的正确性

B．通过测试多种物质对X射线的散射，发现散射射线中有波长变大的成分

C．通过电子双缝实验，发现电子的干涉现象

D．利用晶体做电子束衍射实验，证实了电子的波动性

5．在中子衍射技术中，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．10-17J

B．10-19J

C．10-21J

D．10-24J

6．频率为的光子，德布罗意波波长为λ能量为E，则光的速度为

A．Eλ/h

B．2Eλ/h

C．λ

D．Eh/λ

7．关于光的波粒二象性的理解，正确的是(

) A．大量的光子中有些光子表现出波动性，有些光子表现出粒子性

B．光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性

C．频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光波动性越显著

D．波粒二象性是光的本性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著

8．有关光的本性，下列说法正确的是（

）

A．光具有波动性，又具有粒子性，这是相互矛盾和对立的

B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点

C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性

D．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现象，只能认为光具有波粒二象性

9．质量m=50kg的人，以v=10m/s的速度运动，试求人的德布罗意波波长？

10．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应为多少?

11．质量为1000kg的小汽车以v=40m/s的速度在高速公路上行驶，试估算小汽车的德布罗意波的波长

12．如果一个中子和一个质量为10g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1.67×10-27kg)

【课后反思】

参考答案：

【课堂练习】

1．C 2．ACD 3．AD 4．B 5．C

6．AC 7．BCD 8．D 9．1.33×10-36m 10．n2h2/2emd2

11．1.66×10-38m 12．λ1=4.0×10-10m，λ2=6.63×10-35m