物理人教粒子的波動性

第十七章波粒二象性第3節(jié)粒子的波動性

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欄目鏈接子一個接一個穿過雙縫的衍射實驗結(jié)果玻恩的概率波概念可以用電子雙縫衍射的實驗結(jié)果來說明，如右欄圖所示．電子雙縫衍射圖樣和光的雙縫衍射圖樣完全一樣，顯示不出粒子性，更沒有什么概率那樣的不確定特征．但那是用大量的電子(或光子)做出的實驗結(jié)果．如果減弱入射電子束的強度以致使電子一個一個依次通過雙縫，則隨著電子數(shù)的積累，衍射“圖樣”依次如圖中各圖所示．圖(a)是只有一個電子穿過雙縫所形成的圖象，圖(b)是幾

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欄目鏈接個電子穿過后形成的圖象，圖(c)是幾十個電子穿過后形成的圖象．這幾幅圖象說明電子的確是粒子，因為圖象是由點組成．它們同時也說明，電子的去向是完全不確定的，一個電子到達(dá)何處完全是概率事件．隨著入射電子總數(shù)的增多，衍射圖樣依次為(d)、(e)、(f)諸圖所示，電子的堆積情況逐漸顯示出了條紋，最后就呈現(xiàn)明晰的衍射條紋，這條紋和大量電子短時間內(nèi)通過雙縫后形成的條紋一樣．這些條紋把單個電子的概率行為完全淹沒了．這又說明單個電子的去向是概率性的，但其概率在一定條件(如

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欄目鏈接1．光的波粒二象性．(1)光的波粒二象性：光既具有________性，又具有________性．(2)光子的能量ε＝________，動量p＝________.能量ε和動量p是描述光的________的物理量，頻率ν和波長λ是描述光的________的物理量．光的波粒二象性是通過____________聯(lián)系在一起的．(3)能表明光具有波動性的現(xiàn)象有____________；能表明光具有粒子性的事實有__________________________．

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欄目鏈接波動粒子hν粒子性波動性普朗克常量h干涉、衍射等光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)等2．粒子的波動性．法國物理學(xué)家________提出，實物粒子也具有________，即每一個運動的粒子都與一個對應(yīng)的________相聯(lián)系，且粒子的能量ε和動量p跟它所對應(yīng)的波的頻率ν和波長λ之間，也像光子跟光波一樣，滿足ν＝________，λ＝________關(guān)系．這種與實物粒子相聯(lián)系的波稱為______________，也叫作________．

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欄目鏈接德布羅意波動性波德布羅意波物質(zhì)波3．物質(zhì)波的實驗驗證．1927年戴維孫和G.P.湯姆孫分別利用晶體做了______________的實驗，得到了______________，從而證實了電子的________________．

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欄目鏈接電子束衍射電子衍射圖樣波動性

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欄目鏈接1光的波粒二象性

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欄目鏈接2．光的波動性與粒子性的統(tǒng)一．(1)大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動性，比如干涉、衍射現(xiàn)象中，如果用強光照射，在光屏上立刻出現(xiàn)了干涉、衍射條紋，波動性體現(xiàn)了出來；個別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性．如果用微弱的光照射，在屏上就只能觀察到一些分布毫無規(guī)律的光點，粒子性得到充分體現(xiàn)；但是如果微弱的光在照射時間加大的情況下，在感光底片上的光點分布又會出現(xiàn)一定的規(guī)律性，傾向于干涉、衍射的分布規(guī)律．這些實驗為人們認(rèn)識光的波粒二象性提供了良好的依據(jù)．

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欄目鏈接(2)光子和電子、質(zhì)子等實物粒子一樣，具有能量和動量．(3)光子的能量與其對應(yīng)的頻率成正比，而頻率是波動性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波動性之間的密切聯(lián)系．(4)對不同頻率的光，頻率低、波長長的光，波動性特征顯著；而頻率高、波長短的光，粒子性特征顯著．(5)光在傳播時體現(xiàn)出波動性，在與其他物質(zhì)相互作用時體現(xiàn)出粒子性．

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例1下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中，正確的是(

)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

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解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行為(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動性，光的有些行為(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，但電子是實物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實物粒子，沒有靜止質(zhì)量，電子是以實物形式存在的物質(zhì)，光子是以場形式存在的物質(zhì)，所以，不能說光子與電子是同樣的一種粒子．

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光的波粒二象性的理論和實驗表明，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應(yīng)，所以其粒子性就很顯著．綜上所述，本題正確答案為選項C.

答案：C

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名師點評：把微粒與波對立是由于人們對自然界認(rèn)識的局限，現(xiàn)代物理學(xué)對自然的認(rèn)識，已經(jīng)打破了這種局限，光既是波又是粒子，只是在不同的環(huán)境條件下，它們顯現(xiàn)的程度不同．變式遷移

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欄目鏈接1．關(guān)于光的本性，下列說法中正確的是(

)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．光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光電效應(yīng)說明光具有粒子性變式遷移

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欄目鏈接答案：CD．光的波粒二象性將牛頓的波動說和惠更斯的粒子說真正有機地統(tǒng)一起來

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欄目鏈接2物質(zhì)波

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欄目鏈接例2

(雙選)關(guān)于物質(zhì)波，下列認(rèn)識中錯誤的是(

)A．任何運動的物體(質(zhì)點)都伴隨一種波，這種波叫物質(zhì)波B．X射線的衍射實驗，證實了物質(zhì)波假設(shè)是正確的C．電子的衍射實驗，證實了物質(zhì)波假設(shè)是正確的D．宏觀物體盡管可以看作物質(zhì)波，但它們不具有干涉、衍射等現(xiàn)象

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解析：根據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論知，任何一個運動的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波與之相對應(yīng)，這種波就叫物質(zhì)波，可見，A選項是正確的；由于X射線本身就是一種波，而不是實物粒子，故X射線的衍射現(xiàn)象并不能證實物質(zhì)波理論的正確性，即B選項錯誤；電子是一種實物粒子，電子的衍射現(xiàn)象表明運動著的實物粒子具有波動性，故C選項是正確的；由電子穿過鋁箔的衍射實驗知，少量電子穿過鋁箔后所落位置是散亂的、無規(guī)律的，但大量電子穿過鋁箔后落的位置則呈現(xiàn)出衍射圖樣，即大量電子的行為表現(xiàn)出

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欄目鏈接電子的波動性，干涉、衍射是波的特有現(xiàn)象，只要是波，都會發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，故選項D錯誤．綜合以上分析知，本題應(yīng)選B、D.

答案：BD

名師點評：(1)物質(zhì)波理論上是說任何一個運動的物體(如實物粒子等)都具有波動性，即其行為服從波動規(guī)律．

(2)物質(zhì)波理論告訴我們，任何微觀粒子都既具有粒子性又具有波動性，即與光一樣，也具有波粒二象性．波粒二象性是光子、電子、質(zhì)子等微觀粒子都具有的基本屬性．變式遷移

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