3　粒子的波动性教案2

学案3

粒子的波动性

[目标定位]知道光的波粒二象性，理解其对立统一的关系. 一、光的波粒二象性

[问题设计] 1．什么现象体现出了光的波动性？什么现象体现出了光的粒子性？

答案

大量光子在传播过程中显示出波动性，比如干涉和衍射．当光与物质发生作用时，显示出粒子性．如光电效应、康普顿效应．

2．光的波动性和粒子性矛盾吗？

答案

不矛盾，光具有波粒二象性．

[要点提炼] 1．光的波粒二象性

(1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性．

(2)光子的能量ε＝hν，光子的动量p＝h/λ. (3)光子既有粒子的特征，又有波的特征；即光具有波粒二象性．

2．对光的波粒二象性的理解

(1)大量光子产生的效果显示出波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性．

(2)光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量．和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波．

(3)光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．

(4)频率低、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．

一、对光的波粒二象性的认识

例1

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

答案

AB 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

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

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

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．(对物质波的理解)利用金属晶格(大小约10－10

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

B．实验中电子束的德布罗意波长为λ＝h

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

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；用相同动能2meU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．

题组一

对光的波粒二象性的认识

1．说明光具有粒子性的现象是(

) A．光电效应

B．光的干涉

C．光的衍射

D．康普顿效应

答案

AD 2．下列说法中正确的是(

) A．光的波粒二象性学说就是牛顿的微粒说加上惠更斯的波动说组成的

B．光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的电磁理论

C．光子说并没有否定电磁说，在光子的能量ε＝hν中，ν表示波的特性，ε表示粒子的特性

D．光波不同于宏观观念中那种连续的波

答案

CD 解析

光的波动性不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波．光的粒子性是指光的能量是一份一份的，不是牛顿微粒说中的经典微粒．光子说与电磁说不矛盾，它们是不同领域的不同表述．

3．关于光子和运动着的电子，下列论述正确的是(

) A．光子和电子一样都是实物粒子

B．光子能发生衍射现象，电子不能发生衍射现象

C．光子和电子都具有波粒二象性

D．光子具有波粒二象性，而电子只具有粒子性

答案

C 解析

物质可分为两大类：一是质子、电子等实物；二是电场、磁场等，统称场．光是传播着的电磁场．根据物质波理论，一切运动的物体都具有波动性，故光子和电子都具有波粒二象性．综上所述，C选项正确．

4．下列物理实验中，能说明粒子具有波动性的是(

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

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

答案

CD