3　粒子的波动性教学设计与反思

2016级物理选修3-5导学案 编制时间2018年5月2日 段小平

第3节 粒子的波动性 知识目标：

1.理解光的波粒二象性，能区分光的波动性和粒子性. 2.知道实物粒子也具有波粒二象性，掌握物质波波长λ＝hp的应用. 重点难点：

1.通过对电子的晶格衍射的认识，理解物质波的概念. 导2.体会和学习类比的思想方法.

预

习

案

一、光的波粒二象性

1．光的本性

学光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有______性，光电效应和康普顿效应表明光具有______性，即光具有__________性．

2．光子的能量和动量关系式

(1)关系式：ε＝______，p＝____________. (2)意义：能量ε和动量p是描述物质的______性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的______性的典型物理量．因此ε＝hν和p＝h案λ揭示了光的______性和______性之间 的密切关系．

特别提醒

普朗克常量h架起了粒子性与波动性的桥梁.

二、物质波

1．德布罗意假说：实物粒子也具有______性．

装2．德布罗意波：与__________相联系的波．

3．物质波的波长，频率关系式：λ＝____________________，

ν＝____________. 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能发生干订涉和衍射现象．

2．实验装置的解决

晶格衍射的实验装置是在通过对__________的研究中解决的．

3．实验验证

(1)1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了__________的实验，得到了电子的________，证实了电子的波动性．

线

(2)后来，人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的________．对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝εh和λ＝hp关系同样正确．

预习自测：

1、下列说法正确的是(

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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．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

2、电子和光一样具有波动性和粒子性，它表现出波动的性质，就像X射线穿过晶体时会产生衍射一样，这一类物质粒子的波动叫物质波．质量为m的电子以速度v运动时，这种物质波的波长可表示为λ＝h，电子质量m＝9.1×10－31mv kg，电子电荷量e＝1.6×10－19 C，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.

(1)计算具有100 eV动能的电子的动量p和波长λ. (2)若一个静止的电子经2500 V电压加速，求能量和这个电子动能相同的光子的波长，并求该光子的波长和这个电子的波长之比．

【我的疑问】请将预习中不能解决的问题写下来，供课堂解决。

当堂检测：

1．在X射线管中，由阴极发射的电子被加速后打到阳极，会产生包括X光在内的各种能量的光子，其中光子能量的最大值等于电子的动能．已知阳极与阴极之间的电势差U、普朗克

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常量h、电子电量e和光速c，则可知该X射线管发出的X光的(

) A．最短波长为ceUh

B．最长波长为hceU

C．最小频率为eUh

D．最大频率为eUh

2．现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是(

) A．一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子数越多

B．肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的

C．质量为10－3 kg、速度为10－2 m/s的小球，其德布罗意波长为10－28 m，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹

D．人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同

3．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，方法是让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，普朗克常量为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波长为λ＝h2meU

C．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

4．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．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的

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

5．α粒子在匀强磁场中沿半径r＝0.83 m的圆周做匀速圆周运动，磁场的磁感应强度为0.25 T，求α粒子的德布罗意波的波长(α粒子的电荷量为2e)．

6．金属晶体中晶格大小的数量级是10－10 m．电子经加速电场加速，形成电子束，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？(已知电子的电荷量为e＝1.6×10－19 C，质量为m＝0.90×10－30 kg)

【我的收获】

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