第17章 3　粒子的波動性

1、.3粒子的波動性學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.知道光的本性認(rèn)識史2知道光的波粒二象性，理解其對應(yīng)統(tǒng)一的關(guān)系重點(diǎn)3會用光的波粒二象性分析有關(guān)現(xiàn)象重點(diǎn)4理解德布羅意波，會解釋相關(guān)現(xiàn)象重點(diǎn)、難點(diǎn)光 的 波 粒 二 象 性1.2光子的能量和動量1能量：h.2動量：p.3意義能量和動量p是描繪物質(zhì)的粒子性的重要物理量；波長和頻率是描繪物質(zhì)的波動性的典型物理量因此h和p提醒了光的粒子性和波動性之間的親密關(guān)系1光的干預(yù)、衍射、偏振現(xiàn)象說明光具有波動性2光子數(shù)量越大，其粒子性越明顯3光具有粒子性，但光子又不同于宏觀觀念的粒子由公式Eh和，能看出波動性和粒子性的聯(lián)絡(luò)嗎？【提示】從光子的能量和動量的表達(dá)式可以看

2、出，是h架起了粒子性與波動性之間的橋梁討論1：認(rèn)識光的波粒二象性，應(yīng)從微觀角度還是宏觀角度？【提示】應(yīng)從微觀的角度建立光的行為圖像，認(rèn)識光的波粒二象性討論2：光在傳播過程中，有的光是波，有的光是粒子，這句話正確嗎？【提示】不正確光具有波粒二象性，只是有時表現(xiàn)為波動性，有時表現(xiàn)為粒子性，并不是有的光是波，有的光是粒子1對光的認(rèn)識的幾種學(xué)說學(xué)說名稱微粒說波動說電磁說光子說波粒二象性代表人物牛頓惠更斯麥克斯韋愛因斯坦公認(rèn)實(shí)驗(yàn)根據(jù)光的直線傳播、光的反射光的干預(yù)、衍射能在真空中傳播，是橫波，光速等于電磁波速度光電效應(yīng)，康普頓效應(yīng)光既有波動現(xiàn)象，又有粒子特征內(nèi)容要點(diǎn)光是一群彈性粒子光是一種機(jī)械波光是一種電

3、磁波光是由一份一份光子組成的光是具有電磁本性的物質(zhì)，既有波動性又有粒子性理論領(lǐng)域宏觀世界宏觀世界微觀世界微觀世界微觀世界2.對光的波粒二象性的理解實(shí)驗(yàn)根底表現(xiàn)說明光的波動性干預(yù)和衍射1光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小可用波動規(guī)律來描繪2足夠能量的光大量光子在傳播時，表現(xiàn)出波的性質(zhì)3波長長的光容易表現(xiàn)出波動性1光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間互相作用產(chǎn)生的2光的波動性不同于宏觀觀念的波光的粒子性光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)1當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時，這種作用是“一份一份進(jìn)展的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)2少量或個別光子容易顯示出光的粒子性3波長短的光，粒子性顯著1粒子的含義是“不連續(xù)“一份一份的2光子不同于

4、宏觀觀念的粒子1多項(xiàng)選擇關(guān)于光的本性，以下說法中正確的選項(xiàng)是 A關(guān)于光的本性，牛頓提出“微粒說惠更斯提出“波動說，愛因斯坦提出“光子說，它們都說明了光的本性B光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子C光的干預(yù)、衍射現(xiàn)象說明光具有波動性D光電效應(yīng)說明光具有粒子性【解析】光的波動性指大量光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大小可以用波動規(guī)律來描繪，不是惠更斯的波動說中宏觀意義下的機(jī)械波，光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一個光子，不是牛頓微粒說中的經(jīng)典微粒某現(xiàn)象說明光具有波動性，是指波動理論能解釋這一現(xiàn)象某現(xiàn)象說明光具有粒子性，是指能用粒子說解釋這個現(xiàn)象要區(qū)

5、分說法和物理史實(shí)與波粒二象性之間的關(guān)系C、D正確，A、B錯誤【答案】CD2以下關(guān)于光的波粒二象性的說法中，正確的選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號：54472028】A有的光是波，有的光是粒子B光子與電子是同樣的一種粒子C光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著D大量光子的行為往往顯示出粒子性【解析】一切光都具有波粒二象性，光的有些行為如干預(yù)、衍射表現(xiàn)出波動性，有些行為如光電效應(yīng)表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說有的光是波，有的光是粒子雖然光子與電子都是微觀粒子，都具有波粒二象性，但電子是實(shí)物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實(shí)物粒子，沒有靜止質(zhì)量，電子是以實(shí)物形式存在的物質(zhì)，光子是以場形式存在的物質(zhì)，所以，不能

6、說光子與電子是同樣的一種粒子光的波粒二象性的理論和實(shí)驗(yàn)說明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著，光的波長越短，其光子能量越大，個別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反響，所以其粒子性就很顯著，故C正確，A、B、D錯誤【答案】C(1)光既有波動性又有粒子性，二者是統(tǒng)一的. (2)光表現(xiàn)為波動性，只是光的波動性顯著，粒子性不顯著而已. (3)光表現(xiàn)為粒子性，只是光的粒子性顯著，波動性不顯著而已.粒 子 的 波 動 性 及 物 質(zhì) 波 的 實(shí) 驗(yàn) 驗(yàn) 證1粒子的波動性1德布羅意波1924年法國巴黎大學(xué)的德布羅意提出假設(shè)：實(shí)物粒子也具有波

7、動性，每一個運(yùn)動的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)絡(luò)，這種與實(shí)物粒子相聯(lián)絡(luò)的波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波2物質(zhì)波的波長、頻率關(guān)系式，.2物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1實(shí)驗(yàn)探究思路干預(yù)、衍射是波特有的現(xiàn)象，假如實(shí)物粒子具有波動性，那么在一定條件下，也應(yīng)該發(fā)生干預(yù)或衍射現(xiàn)象2實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射實(shí)驗(yàn)，得到了電子的衍射圖樣，如圖1731所示，證實(shí)了電子的波動性電子束穿過鋁箔后的衍射圖樣圖17313說明人們陸續(xù)證實(shí)了質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動性對于這些粒子，德布羅意給出的和關(guān)系同樣正確宏觀物體的質(zhì)量比微觀粒子大得多，運(yùn)動時的動量很大，對應(yīng)的德布羅意波的波長很小，根本無法觀察到它的

8、波動性1一切宏觀物體都伴隨一種波，即物質(zhì)波2湖面上的水波就是物質(zhì)波3電子的衍射現(xiàn)象證實(shí)了實(shí)物粒子具有波動性既然德布羅意提出了物質(zhì)波的概念，為什么我們生活中卻體會不到？【提示】平時所見的宏觀物體的質(zhì)量比微觀粒子的質(zhì)量大得多，運(yùn)動的動量很大，由可知，它們對應(yīng)的物質(zhì)波波長很小，因此，無法觀察到它們的波動性討論1：物質(zhì)波的概念是如何提出的？【提示】德布羅意認(rèn)為光學(xué)研究中無視了粒子性，而實(shí)物粒子中那么無視了其波動性，因此，德布羅意提出了實(shí)物粒子的波動性討論2：宏觀物體的運(yùn)動也具有波動性嗎？【提示】不管是微觀粒子還是宏觀運(yùn)動的物體，都具有波動性，但宏觀運(yùn)動物體的波動性很不明顯1物質(zhì)的分類1由分子、原子、電

9、子、質(zhì)子及由這些粒子組成的物質(zhì)2“場也是物質(zhì)，像電場、磁場、電磁場這種看不見的，不是由實(shí)物粒子組成的，而是一種客觀存在的特殊物質(zhì)2物質(zhì)波的普遍性任何物體，都存在波動性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性，是因?yàn)楹暧^物體對應(yīng)的波長太小的緣故3求解物質(zhì)波波長的方法1根據(jù)條件，寫出宏觀物體或微觀粒子動量的表達(dá)式pmv.2根據(jù)波長公式求解3注意區(qū)分光子和微觀粒子的能量和動量的不同表達(dá)式如光子的能量：h，動量p；微觀粒子的動能：Ekmv2，動量pmv.3以下說法中正確的選項(xiàng)是 A物質(zhì)波屬于機(jī)械波B物質(zhì)波與機(jī)械波沒有本質(zhì)區(qū)別C只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀粒子才具有波動性D德布羅意認(rèn)為，任何一個運(yùn)動著的

10、物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波和它對應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波【解析】物質(zhì)波是一切運(yùn)動著的物體所具有的波，與機(jī)械波性質(zhì)不同，A、B均錯誤；宏觀物體也具有波動性，只是干預(yù)、衍射現(xiàn)象不明顯，看不出來，C錯誤；德布羅意認(rèn)為，任何一個運(yùn)動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波和它對應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波，D正確【答案】D4假如一個中子和一個質(zhì)量為10 g的子彈都以103 m/s的速度運(yùn)動，那么它們的德布羅意波的波長分別是多長？中子的質(zhì)量為1.671027 kg【解析】中子的動量為p1m1v，子彈的動量為p2m2v，據(jù)知中子和子彈的德布羅意波的波長分別為1，2聯(lián)立以上各式解得：1，2將m11.671027 kg，v1103 m/s，h6.631034 Js，m21.0102 kg代入上面兩式可解得1