3　粒子的波动性课件配套优秀公开课教案设计

第十七章

波粒二象性

17.3粒子的波动性

17.4概率波

【教学目标】

1．知道光具有波粒二象性。

2．知道物质波的概念。

3．知道微观粒子的波动性。

4．知道经典粒子与经典波的特点。

5．知道光和物质波是一种概率波。

重点：知道光具有波粒二象性。

难点：物质波是一种概率波

【自主预习】

1.光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有___ _ ____。

(1)大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示粒子性。比如，干涉、衍射现象中，如果用强光照射，在光屏上立刻就出现了干涉、衍射条纹，波动性体现了出来；如果用很微弱的光照射，在感光屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点，体现出了粒子性。但是如果在微弱的光照射时间加大的情况下，感光底片上光点的分布又会出现一定的规律性，倾向于干涉、衍射的分布规律。这些实验为人们认识光的波粒二象性提供了良好的证据。

(2)频率低的光波动性明显，频率高的光粒子性明显。

(3)光在传播时容易表现出波动性，在与其他物质相互作用时，容易表现出明显的粒子性。

(4)光子说不排斥波动性，光子的能量的计算公式中就包含着波动的因素——频率。

2．光子的能量ε和动量p可以表示为ε＝________和p＝________，它们是描述光的性质的基本关系式，其中________是架起了粒子性与波动性之间的桥梁。

3．实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的________相联系，而且粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间，也像光子跟光波一样，遵从如下关系ν＝________和λ＝________，这种与实物粒子相联系的波后来称为________，也叫做物质波。

4．1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用________做了电子束衍射的实验，得到了衍射图样，从而证实了电子的________。

5.任意时刻的确定的________和________以及时空中的确定的轨道，是经典物理学中粒子运动的基本特征。与经典的粒子不同，经典的波在空间是________的，其特征是具有________和________，也就是具有时间的周期性。

6．光子在空间出现的概率可以通过________的规律确定。所以，从光子的概念上看，光波是一种________波。

7．对于电子和其他微观粒子，由于同样具有________，所以与它们相联系的物质波也是________波。

【典型例题】

一、光的波粒二象性

【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：在某种情境下光的波动性表现明显，在另外某种情境下，光的粒子性表现明显

【例2】．关于对光的认识，下列说法正确的是(

) A．频率高的光是粒子，频率低的光是波

B．光有时是波，有时是粒子

C．光有时候表现出波动性，有时候表现出粒子性

D．光既是宏观概念中的波，也是宏观概念中的粒子

二、物质波的实验验证

【例3】关于物质波，下列认识中错误的是(

) A．任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波

B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的

C．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的

D．宏观物体尽管可以看做物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象

【例4】为了观察晶体的原子排列，可以采用下列方法：(1)用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜成像(由于电子的物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象，因此电子显微镜的分辨率高)；(2)利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列。则下列分析中正确的是 (

) A．电子显微镜所利用的是电子的物质波的波长比原子尺寸小得多

B．电子显微镜中电子束运动的速度应很小

C．要获得晶体的X射线衍射图样，X射线波长要远小于原子的尺寸

D．中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当

三、光波是概率波

【例5】对于光的波粒二象性的说法中，正确的是(

) A．在一束传播的光束中，有的光是波，有的光是粒子

B．光子与电子同样是一种粒子，光波与机械波同样是一种波

C．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的

D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子的能量E＝hν中，频

率ν仍表示的是波的特征

【课后练习】

1．人类对光的本性的认识经历了曲折的过程。下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是(

) A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的

B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性

C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波

D．光具有波粒二象性

2．能说明光具有波粒二象性的实验是(

) A．光的干涉和衍射

B．光的干涉和光电效应

C．光的衍射和康普顿效应

D．光电效应和康普顿效应

3．关于光的本性，下列说法中正确的是(

) A．光子说并没有否定光的电磁说

B．光电效应现象反映了光的粒子性

C．光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说提出来的

D．大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性

4．下列关于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，其波动性越明显；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

5．关于物质波，下列说法中正确的是(

) A．速度相等的电子和质子，电子的波长大

B．动能相等的电子和质子，电子的波长小

C．动量相等的电子和中子，中子的波长小

D．甲电子速度是乙电子的3倍，甲电子的波长也是乙电子的3倍

－6．已知α粒子的质量mα＝6.64×1027 kg，速度v＝3×107 m/s，要观察到α粒子明显的衍射现象，障碍物的尺寸约为(

) －A．3.3×1010 m

－B．3.3×1012 m －C．3.3×1015 m

－D．3.3×1018 m

7．下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是(

) A．光显示粒子性时是分立而不连续的，无波动性；光显示波动性时是连续而不分立的，无粒子性

B．光的频率越高，其粒子性越明显；光的频率越低，其波动性越明显

C．光的波动性可以看作是大量光子运动的规律

D．伦琴射线比可见光更容易发生光电效应，而更不容易产生干涉、衍射等物理现象

8．显微镜观看细微结构时，由于受到衍射现象的影响而观察不清，因此观察越细小的结构，就要求波长越短，波动性越弱。在加速电压值相同的情况下，电子显微镜与质子显微镜的分辨本领，下列判定正确的是(

) A．电子显微镜分辨本领较强

B．质子显微镜分辨本领较强

C．两种显微镜分辨本领相同

D．两种显微镜分辨本领不便比较

9．有关光的本性的说法中正确的是(

) A．关于光的本性，牛顿提出了“微粒说”，惠更斯提出了“波动说”，爱因斯坦提出了“光子说”，它们都圆满地说明了光的本性

B．光具有波粒二象性是指：光既可以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．在光的双缝干涉实验中，如果光通过双缝时显示波动性，如果光只通过一个缝时显示粒子性

10．关于物质波的认识，正确的是(

) A．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的

B．物质波也是一种概率波

C．任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波

D．物质波就是光波

11．以下说法正确的是(

) A．物体都具有波动性

B．抖动细绳一端，绳上的波就是物质波

C．通常情况下，质子比电子的波长长

D．核外电子绕核运动时，并没有确定的轨道

12．下列对物理模型和物理现象的关系理解正确的是(

) A．物理模型应与日常经验相吻合，并能解释物理现象

B．物理模型可以与日常经验相悖，但应与实验结果一致

C．物理模型不能十分古怪，让人难以理解

D．只要物理模型与实验结果一致，它在一定范围内就能正确代表研究的对象