1、3 粒子的波动性,【自主预习】 1.光的本性:光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有 _性,光电效应和康普顿效应表明光具有_性, 即光具有_性。,波动,粒子,波粒二象,2.光子的能量和动量: (1)能量:=_。 (2)动量:p= 。,h,(3)意义:能量和动量p是描述物质的_性的重要 物理量;波长和频率是描述物质的_性的典型 物理量。因此=h和p= 揭示了光的_性和_ 性之间的密切关系。,粒子,波动,粒子,波动,3.粒子的波动性: (1)德布罗意波:任何一个_的物体,都有一种波 与它相对应,这种波叫_,也称为德布罗意波。 (2)物质波的波长、频率关系式:= ,= 。,运动着,物质波,(3)实验探究
2、思路:_、_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。 (4)实验验证:1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做 了_的实验,得到了电子的_,证实了 运动着的电子具有_。,干涉,衍射,电子束衍射,衍射图样,波动性,【预习小测】 1.(多选)下列现象中说明光具有波动性的是 ( ) A.光电效应 B.光的衍射 C.光的干涉 D.光的折射,【解析】选B、C。光的干涉和衍射现象,说明光是一种波,因为干涉和衍射是波特有的现象,故B、C正确。,2.下列说法中正确的是 ( ) A.质量大的物体,其德布罗意波长较短 B.速度大的物体,其德布罗意波长较短 C.动量大的物
3、体,其德布罗意波长较短 D.动能大的物体,其德布罗意波长较短,【解析】选C。根据公式= 可以判断动量大的物体德布罗意波长较短,故C正确。,3.下列说法中正确的是 ( ) A.物质波属于机械波 B.只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性 C.德布罗意认为,任何一个运动着的物体,小到电子、质子,大到行星、太阳,都有一种波和它对应,这种波叫物质波 D.宏观物体运动时,看不到它的衍射或干涉现象,所以宏观物体运动时不具有波动性,【解析】选C。物质波是一切运动着的物体所具有的波,与机械波性质不同,宏观物体也具有波动性,只是干涉、衍射现象不明显而已,故只有C对。,主题一 光的波粒二象性 【互动探究
4、】 1.波的两个典型特性是什么? 提示:波能发生干涉和衍射。,2.举出光有波动性的两个实例。 提示:(1)光的单缝衍射。 (2)托马斯杨的双缝干涉。,3.光的波动性与机械波有何本质区别? 提示:光虽然具有波动性,但又具有粒子性,这与机械波有着本质的不同,如传播问题,光可以在真空中传播,且速度比在介质中大,而机械波只能借助介质传播,在真空中不能传播。,4.什么现象能说明光具有粒子性? 提示:光电效应现象以及康普顿效应现象均说明光具有粒子性。,5.描述光的性质的基本关系式=h和p= 中,光的波粒二象性是怎样联系在一起的?,提示:描述光的性质的基本关系式=h和p= 中能量 和动量p是描述物质的粒子性
5、的重要物理量;频率 和波长是描述物质波动性的典型物理量。两式左侧 的物理量和p描述光的粒子性,右侧的物理量和 描述光的波动性,它们通过普朗克常量h联系在一起。,【探究总结】 1.光的波粒二象性的比较:,2.光的粒子性和波动性的统一性: (1)光的粒子性并不否定光的波动性,光既具有波动性,又具有粒子性,波动性、粒子性都是光本身的一种属性,只是在不同条件下的表现不同。,(2)光子的能量与其对应的频率成正比,而频率是波动性特有的物理量,因此E=h,揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系。光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体,相互间并不独立存在。,【典例示范】 下列有关光的波粒二象性的说法中,正确的
6、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,其波动性越显著;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,【解题指南】(1)在宏观现象中,波与粒子是对立的概念,而在微观世界中,波与粒子可以统一。 (2)光具有波粒二象性是指光在传播过程中和其他物质作用时分别表现出波和粒子的特性。,【解析】选C。一切光都具有波粒二象性,光的有些行 为(如干涉、衍射)表现出波动性,有些行为(如光电效 应)表现出粒子性,所以,不能说有的光是波,有的光是 粒子。虽然光子与电子都是微观粒子,都具有波粒二象 性,但电子是实物粒子,有静止质量,光子不是实物粒子,
7、没有静止质量,电子是以实物形式存在的物质,光子是 以场形式存在的物质,所以,不能说光子与电子是同样,的一种粒子。光的波粒二象性的理论和实验表明,大量光子的行为表现出波动性,个别光子的行为表现出粒子性。光的波长越长,衍射性越好,即波动性越显著,光的波长越短,其光子能量越大,个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应,所以其粒子性就很显著,故C正确,A、B、D错误。,【探究训练】 1.(多选)(2018威海高二检测)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
8、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,【解析】选B、C、D。牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒,爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量,显然选项A错;干涉、衍射是波的特性,光能发生干涉说明光具有波动性,选项B正确;麦克斯韦根据光的传播不需要介质以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等,从而认为光是一种电磁波,后来赫兹用实验证实了光的电磁说,选项C正确;光具有波动性与粒子性,称为光的波粒二象性,选项D正确。,2.(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
9、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景下光的波动性表现明显,在另外某种情景下,光的粒子性表现明显,【解析】选A、B、D。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。因为波动性表现为粒子分布概率,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,故正确选项有A、B、D。,【补偿训练】 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
10、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,【解析】选A。光既有粒子性,又有波动性,但这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说,它体现出的规律不再是宏观粒子和机械波所表现出的规律,而是自身体现的一种微观世界特有的规律。光子说和电磁说各自能解释光特有的现象,两者构成一个统一的整体,而微粒说和波动说是相互对立的。,【通法悟道】分析光具有波粒二象性问题的两个依据 (1)分析光具有波动性问题的依据是波的特性:波的干涉、衍射及偏振等。 (2)分析光具有粒子性问题的依据是光
11、电效应现象及康普顿效应。,主题二 粒子的波动性 物质波 【互动探究】 如图是电子束通过铝箔后的衍射图样,结合图样及课本内容回答下列问题:,(1)德布罗意提出“实物粒子也具有波动性”假设的理论基础是什么? 提示:普朗克能量子假说和爱因斯坦光子理论。 (2)电子束穿过铝箔的衍射图样说明了什么? 提示:电子束具有波动性。,(3)德布罗意波长与动量的关系是怎样的? 提示:如果用动量p来表征实物粒子的粒子性,用波长 来表征实物粒子的波动性。那么,对光适用的关系式也 适用于实物粒子,即:= ,这种与实物粒子相联系的 波后来称为德布罗意波,也叫作物质波。其中是德布 罗意波长,h是普朗克常量,p是相应的实物粒
12、子的动量。,(4)德布罗意认为任何运动着的物体均有波动性,可是我们观察运动着的汽车,并未感觉到它的波动性。你如何理解该问题,谈谈自己的认识。,提示:波粒二象性是微观粒子的特殊规律,一切微观粒子都存在波动性,宏观物体(汽车)也存在波动性,只是因为宏观物体质量大,动量大,波长短,难以观测,而微观粒子如电子、质子、中子以及原子、分子的波动性为宏观物体具有波动性奠定了事实基础。,【探究总结】 (1)任何物体,小到电子、质子,大到行星、太阳都存在波动性,我们之所以观察不到宏观物体的波动性,是因为宏观物体对应的波长太小。 (2)物质波是一种概率波,粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配,不能以宏观观点中的
13、波来理解德布罗意波。,(3)德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广,使之包括了所有的物质粒子,即光子与实物粒子都具有粒子性,又都具有波动性,与光子对应的波是电磁波,与实物粒子对应的波是物质波。,【典例示范】 (2018莆田高二检测)任何一个运动着的物体,小到电 子、质子,大到行星、太阳,都有一种波与之对应,波长 是= ,式中p是运动物体的动量,h是普朗克常量,人 们把这种波叫作德布罗意波。现有一个德布罗意波长 为1的物体1和一个德布罗意波长为2的物体2,二者 相向碰撞后粘在一起,已知|p1|p2|,则粘在一起的物 体的德布罗意波长为多少?,【解题指南】解答本题应注意以下两点: (1)物体1和
14、物体2碰撞过程满足动量守恒。 (2)德布罗意波长与物体的动量p、普朗克常量h之间 的关系是= 。,【解析】由动量守恒定律p2-p1=(m1+m2)v及p= , 得 ,所以= 。 答案:,【探究训练】 1.(多选)(2018金华高二检测)频率为的光子,德布 罗意波长为= ,能量为E,则光的速度为( ),【解析】选A、C。根据c=,E=h,= ,即可解得 光的速度为 或 。,2.(多选)关于物质波,下列认识中正确的是 ( ) 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作
15、物质波,但它们不具有干涉、衍射等现象,【解析】选A、C。据德布罗意物质波理论知,任何一个 运动的物体,小到电子、质子,大到行星、太阳,都有一 种波与之相对应,这种波就叫物质波,可见,A选项是正 确的;由于X射线本身就是一种波,而不是实物粒子,故X 射线的衍射现象并不能证实物质波理论的正确性,即B 选项错误;电子是一种实物粒子,电子的衍射现象表明,运动着的实物粒子具有波动性,故C选项是正确的;由电子穿过铝箔的衍射实验知,少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的,无规律的,但大量电子穿过铝箔后落的位置则呈现出衍射图样,即大量电子的行为表现出电子的波动性,干涉、衍射是波的特有现象,只要是波,都会发生干涉、
16、衍射现象,故选项D错误。,【补偿训练】 (多选)根据物质波理论,以下说法中正确的是( ) A.微观粒子有波动性,宏观物体没有波动性 B.宏观物体和微观粒子都具有波动性 C.宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长 D.速度相同的质子和电子相比,电子的波动性更为明显,【解析】选B、D。一切运动的物体都有一种物质波与它对应,所以宏观物体和微观粒子都具有波动性,A选项错误,B选项正确。宏观物体的物质波波长很短,不易观察到它的波动性,所以C选项错误。速度相同的质子与电子相比,电子质量小,物质波波长更长,所以电子波动性更明显,所以D选项正确。,【通法悟道】分析物质波的关键 物质一方面有粒子性,另一方面又具有波动性,粒子性和波动性形成了完美的整体,其中把物质的粒子性和波动性联系到一起的是普朗克常量h,所以物质波分析的关键是该常量h。,【课堂小结】,
