3　粒子的波动性教学实录及点评

17、3 粒子的波动性

【知识与技能】

1．了解光既具有波动性，又具有粒子性，知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性

2．知道德布罗意波的波长和粒子动量关系

3．了解物理真知形成的历史过程，了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性

知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性

【情感态度与价值观】

1．使学生了解科学真知的得到并非一蹴而就，需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正与修正

2．通过相关理论的实验验证，使学生逐步形成严谨求实的科学态度

3．通过了解电子衍射实验，使学生了解创造条件来进行有关物理实验的方法

【教学重难点】

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

【教学过程】

光学发展史

学说名称

代表人物

微粒说

牛顿

波动说

惠更斯

电磁说

麦克斯韦

能在真空中传实验依据

光的直线传播、光的反射

光的干涉、衍射

播，是横波，光速等于电磁波速

光电效应康普顿效应

光子说

爱因斯坦

波粒二象性

公认

光既有波动现象，又有粒子特征

光是具有电磁内容要点

光是一群弹性粒子

光是一种机械波

光是一种电磁波

光是由一份一份光子组成的

本性的物质，既有波动性又有粒子性

年代

17世纪

17世纪

19世纪中

20世纪初

20世纪初

1．光的波粒二象性的特征．

(1)波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性．

(2)光子的能量：ε＝hν. (3)光子的动量：p＝. λh

1

注：物理量ε和p描述光的粒子性，物理量ν和λ描述光的波动性，h架起了粒子性与波动性的桥梁．

2．光的波动性与粒子性的统一

(1)大量光子产生的效果显示出波动性，

eg干涉、衍射现象中，如果用强光照射，在光屏上立刻出现了干涉、衍射条纹，波动性体现了出来；

个别光子产生的效果显示出粒子性．

eg如果用微弱的光照射，在屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点，粒子性得到充分体现；

(2)光的波动性与粒子性的统一

但是如果微弱的光在照射时间加大的情况下，在感光底片上的光点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依据．

对不同频率的光，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．

光在传播时体现出波动性，在与其他物质相互作用时体现出粒子性．

综上所述，光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体，相互间并不是独立的．

3．从微观的角度理解光的波动性和粒子性．

★对光的波粒二象性的理解

实验基础

光的波动性

干涉、衍射

光的波动性是光子本身的一种属性，它不同于宏观的波，它是一种概率波，即光子在空含义

间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律描述：(1)足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质。(2)频率低，波长长的光，波动性特征显著。

光的粒子性

光电效应、康普顿效应

粒子的含义是“不连续”“一份一份”的，光的粒子即光子，不同于宏观概念的粒子，但也具有动量和能量。(1)当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质。(2)少量或个别光子易显示出光的粒子性。(3)频率高，波长短的光，粒子性特征显著。

(1)光子说并没有否定波动性，E＝hν中，ν表示光的频率，表示了波的特征。光既具有波动二象性

性，又具有粒子性，波动性和粒子性都是光的本身属性，只是在不同条件下的表现不同。

(2)只有用波粒二象性，才能统一说明光的各种行为。

物质波

1．德布罗意波：任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫物质波．

ε2．波的频率：ν＝h；

波的波长：λ＝p. 注：ε为粒子的能量，p为粒子的动量．

2 h

3．物质波的实验验证．

(1)验证物质波是否存在的思路．

人们知道，干涉、衍射是波动性质的特有表现．如果实物粒子具有波动性的话，在一定条件下，也该发生衍射现象．

(2)物质波的实验验证．

1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了类似下图的衍射图样，从而证实了电子的波动性．他们为此获得了1973年的诺贝尔物理学奖

例如：质量为10g，速度为300m/s在空中飞行的子弹，其德布罗意波波长是多少？为什么我们无法观察出其波动性？

解：由波长公式可得

6.63×1034h－λ＝p＝m＝2.21×1034m。

－3210×10×3×10因为子弹的德布罗意波长太短，无法观察到其波动性。

不会看到这种现象，因德布罗意波是一种概率波，粒子在空间出现的概率遵从波动规律，而非宏观的机械波，更不是粒子做曲线运动。

－

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