3　粒子的波动性教案及板书设计

粒子的波动性

学习目标

1.知道光的本性的认识史．了解光的波粒二象性及其对立统一关系. 2.了解粒子的波动性，知道物质波的概念. 3.了解什么是德布罗意波，会解释有关现象．

重要概念

一、光的波粒二象性

(一)人类对光的本性的研究

学说

名称

代表

人物

实验

依据

内容

光是一光的直线传播、光的反射

能在真空光的中传播，是横光电效应、康普顿效应

光既有波动现象，又有粒子特征

光是具光是一种机械波

光是一种电磁波

光是由一份一份光子组成的

有电磁本性的物质，既有波动性，又有粒子性

牛顿

惠更斯

麦克斯韦

爱因

斯坦

微粒说

波动说

电磁说

光子说

波粒

二象性

干涉、衍射

波，光速等于电磁波的速度

要群弹性粒子

点

(二)光的波粒二象性

1.

2．光子的能量和动量

(1)能量：ε＝hν. h(2)动量：p＝. λ3．意义：能量ε和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的波

h动性的典型物理量．因此ε＝hν和p＝揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系．

λ二、物质波

1．粒子的波动性

(1)德布罗意波：任何运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种波叫物质波，又叫德布罗意波．

hε(2)物质波波长、频率的计算公式为λ＝，ν＝. ph(3)我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太大，德布罗意波长太小的缘故．

2．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，也应该发生干涉或衍射现象．

(2)实验验证：1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性．

(3)说明

ε①人们陆续证实了质子、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ν＝hh和λ＝关系同样正确．

p②物质波也是一种概率波．

题型

一、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．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．

4．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．

例1

(多选)对光的认识，以下说法中正确的是(

) A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性

B．高频光是粒子，低频光是波

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，就不再具有波动性了

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得明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现得明显

答案

AD 解析

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；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，频率高的光粒子性

强，频率低的光波动性强，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项为A、D. 针对训练1

关于光的波粒二象性，下列理解正确的是(

) A．当光子静止时有粒子性，光子传播时有波动性

B．光是一种宏观粒子，但它按波的方式传播

C．光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可以用波动规律来描述

D．大量光子出现的时候表现为粒子性，个别光子出现的时候表现为波动性

答案

C 解析

光子是不会静止的，大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，故A、D错误；光子不是宏观粒子，光在传播时有时看成粒子有时可看成波，故B错误；光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可以用波动规律来描述，故C正确．

二、对物质波的理解

例2

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

答案

2.21×10－34 m

由于子弹的德布罗意波长极短，无法观察到其波动性

解析

由德布罗意波长公式可得

6.63×1034h－λ＝＝

m＝2.21×1034 m. －3p10×10×300－因子弹的德布罗意波长太短，故无法观察到其波动性．

针对训练2

(多选)下列说法中正确的是(

) A．物质波也叫德布罗意波

B．物质波也是概率波

C．光波是一种概率波

D．光波也是物质波

答案

ABC 解析

物质波，又称德布罗意波，是概率波，指空间中某点某时刻可能出现的几率，其中概率的大小受波动规律的支配，故A、B正确．光波具有波粒二象性，波动性表明光波是一种概率波，故C正确．由于光子的特殊性，其静止质量为零，所以光不是物质波，故D错误．