第17章 3　粒子的波動(dòng)性

1、.3粒子的波動(dòng)性學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道光的本性認(rèn)識(shí)史2知道光的波粒二象性，理解其對(duì)應(yīng)統(tǒng)一的關(guān)系重點(diǎn)3會(huì)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(huì)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(dòng)量1能量：h.2動(dòng)量：p.3意義能量和動(dòng)量p是描繪物質(zhì)的粒子性的重要物理量；波長(zhǎng)和頻率是描繪物質(zhì)的波動(dòng)性的典型物理量因此h和p提醒了光的粒子性和波動(dòng)性之間的親密關(guān)系1光的干預(yù)、衍射、偏振現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)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(dòng)性和粒子性的聯(lián)絡(luò)嗎？【提示】從光子的能量和動(dòng)量的表達(dá)式可以看

2、出，是h架起了粒子性與波動(dòng)性之間的橋梁討論1：認(rèn)識(shí)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(shí)光的波粒二象性討論2：光在傳播過(guò)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(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性，有時(shí)表現(xiàn)為粒子性，并不是有的光是波，有的光是粒子1對(duì)光的認(rèn)識(shí)的幾種學(xué)說(shuō)學(xué)說(shuō)名稱微粒說(shuō)波動(dòng)說(shuō)電磁說(shuō)光子說(shuō)波粒二象性代表人物牛頓惠更斯麥克斯韋愛(ài)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(dòng)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(dòng)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(duì)光的波粒二象性的理解實(shí)驗(yàn)根底表現(xiàn)說(shuō)明光的波動(dòng)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(dòng)規(guī)律來(lái)描繪2足夠能量的光大量光子在傳播時(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì)3波長(zhǎng)長(zhǎng)的光容易表現(xiàn)出波動(dòng)性1光的波動(dòng)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(dòng)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(shí)，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(gè)別光子容易顯示出光的粒子性3波長(zhǎng)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(shuō)法中正確的選項(xiàng)是 A關(guān)于光的本性，牛頓提出“微粒說(shuō)惠更斯提出“波動(dòng)說(shuō)，愛(ài)因斯坦提出“光子說(shuō)，它們都說(shuō)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(shuō)明光具有波動(dòng)性D光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性【解析】光的波動(dòng)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(dòng)規(guī)律來(lái)描繪，不是惠更斯的波動(dòng)說(shuō)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(gè)光子，不是牛頓微粒說(shuō)中的經(jīng)典微粒某現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性，是指波動(dòng)理論能解釋這一現(xiàn)象某現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性，是指能用粒子說(shuō)解釋這個(gè)現(xiàn)象要區(qū)

5、分說(shuō)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(cuò)誤【答案】CD2以下關(guān)于光的波粒二象性的說(shuō)法中，正確的選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：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(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)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(dòng)性，有些行為如光電效應(yīng)表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說(shuō)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(méi)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(chǎng)形式存在的物質(zhì)，所以，不能

6、說(shuō)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(shuō)明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射性越好，即波動(dòng)性越顯著，光的波長(zhǎng)越短，其光子能量越大，個(gè)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(cuò)誤【答案】C(1)光既有波動(dòng)性又有粒子性，二者是統(tǒng)一的. (2)光表現(xiàn)為波動(dòng)性，只是光的波動(dòng)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(dòng)性不顯著而已.粒 子 的 波 動(dòng) 性 及 物 質(zhì) 波 的 實(shí) 驗(yàn) 驗(yàn) 證1粒子的波動(dòng)性1德布羅意波1924年法國(guó)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(dòng)性，每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)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(zhǎng)、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(dòng)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(dòng)性電子束穿過(guò)鋁箔后的衍射圖樣圖17313說(shuō)明人們陸續(xù)證實(shí)了質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動(dòng)性對(duì)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(dòng)時(shí)的動(dòng)量很大，對(duì)應(yīng)的德布羅意波的波長(zhǎng)很小，根本無(wú)法觀察到它的

8、波動(dòng)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(dòng)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(huì)不到？【提示】平時(shí)所見(jiàn)的宏觀物體的質(zhì)量比微觀粒子的質(zhì)量大得多，運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量很大，由可知，它們對(duì)應(yīng)的物質(zhì)波波長(zhǎng)很小，因此，無(wú)法觀察到它們的波動(dòng)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(wú)視了粒子性，而實(shí)物粒子中那么無(wú)視了其波動(dòng)性，因此，德布羅意提出了實(shí)物粒子的波動(dòng)性討論2：宏觀物體的運(yùn)動(dòng)也具有波動(dòng)性嗎？【提示】不管是微觀粒子還是宏觀運(yùn)動(dòng)的物體，都具有波動(dòng)性，但宏觀運(yùn)動(dòng)物體的波動(dòng)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(chǎng)也是物質(zhì)，像電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)這種看不見(jiàn)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(dòng)性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動(dòng)性，是因?yàn)楹暧^物體對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)太小的緣故3求解物質(zhì)波波長(zhǎng)的方法1根據(jù)條件，寫(xiě)出宏觀物體或微觀粒子動(dòng)量的表達(dá)式pmv.2根據(jù)波長(zhǎng)公式求解3注意區(qū)分光子和微觀粒子的能量和動(dòng)量的不同表達(dá)式如光子的能量：h，動(dòng)量p；微觀粒子的動(dòng)能：Ekmv2，動(dòng)量pmv.3以下說(shuō)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(méi)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(dòng)性D德布羅意認(rèn)為，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的

10、物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)，都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波【解析】物質(zhì)波是一切運(yùn)動(dòng)著的物體所具有的波，與機(jī)械波性質(zhì)不同，A、B均錯(cuò)誤；宏觀物體也具有波動(dòng)性，只是干預(yù)、衍射現(xiàn)象不明顯，看不出來(lái)，C錯(cuò)誤；德布羅意認(rèn)為，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)，都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波，D正確【答案】D4假如一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)量為10 g的子彈都以103 m/s的速度運(yùn)動(dòng)，那么它們的德布羅意波的波長(zhǎng)分別是多長(zhǎng)？中子的質(zhì)量為1.671027 kg【解析】中子的動(dòng)量為p1m1v，子彈的動(dòng)量為p2m2v，據(jù)知中子和子彈的德布羅意波的波長(zhǎng)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