槪念、规律 要记牢关键语句关系第 3 节粒子的波动性1. 光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性，光电效 应和康普顿效应说明光具有粒子性；即光具有波粒二象 性2. 光子的能量£ =hv和动量p=+是描述物质的粒子性3．德布罗意波又叫物质波，其波长和频率分别为：人课前自主学习，基稳才能楼高一、光的波粒二象性1．光的波粒二象性(1) 19世纪初，托马斯•杨、菲涅耳、马吕斯等分别观察到了光的干涉、衍射和偏振现象2) 19世纪60年代和80年代，麦克斯韦和赫兹先后从理论上和实验上确认了光的电磁波 本质3) 光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性4)2．光子的能量和动量(1) 能量：£ =hvh(2) 动量：卩=厂3) 意义：能量£和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长A和频率V是描h述物质的波动性的典型物理量因此£ =hv和p=-揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系，普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁二、粒子的波动性及实验验证1．粒子的波动性(1) 德布罗意波：每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意 波，也叫物质波2) 物质波的波长、频率关系式：h e波长：A =p；频率：v = 。
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实验，得到了电子的衍射图样，证 实了电子的波动性3) 说明：① 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 eh的v = "h和A =£关系同样正确② 宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的 波长很小，根本无法观察到它的波动性1．自主思考——判一判(1) 德布罗意认为实物粒子也具有波动性V)(2) 光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦电磁理论X)(3) 波长较长的光只有波动性，没有粒子性X)(4) 向前飞行的子弹具有波动性V)2．合作探究——议一议(1) 光的波动性与粒子性跟光波频率高低、波长的长短有怎样的关系？ 提示：光波频率越低，波长越长，光的波动性越明显；光波频率越高，波长越短，光的粒子性越明显2) 每一个运动的物体都有一个对应的波，为什么观察不到一粒飞行着的子弹的波动性？ 提示：宏观物体在运动时，我们观察不到它们的波动性，但也有一个波与之对应，只是对应飞行的子弹的波的波长太小了，所以观察不到子弹的波动性，但一粒飞行着的子弹的波动性还是存在的。
— 对光的波粒二象性的理解1．对光的本性认识史人类对光的认识经历了漫长的历程，从牛顿的光的微粒说到托马斯•杨和菲涅耳的波动说，从麦克斯韦的光的电磁说到爱因斯坦的光子说直到二十世纪初，对于光的本性的认识才提升到一个更高层次，即光具有波粒二象性对于光的本性认识史，列表如下：学说名称微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性代表人物牛顿惠更斯麦克斯韦爱因斯坦实验依据光的直线传 播、光的反射光的干 涉、衍射能在真空 中传播，是 横波，光速 等于电磁 波的速度光电效 应、康普 顿效应光既有波动现 象，又有粒子特 征内容要点光是一群弹性粒子光是一 种机械 波光是一种电磁波光是由一份一份光子组成的光是具有电磁 本性的物质，既 有波动性又有 粒子性2．对光的波粒二象性的理解实验基础表现光的波动性干涉和衍射(1) 光子在空间各点出 现的可能性大小可用波 动规律来描述(2) 足够能量的光在传 播时，表现出波的性质(1) 光的波动性是光 子本身的一种属性， 不是光子之间相互作 用产生的(2) 光的波动性不同 于宏观观念的波光的粒子性光电效应、康普顿效应(1)当光冋物质发生作 用时，这种作用是“一(1)粒子的含义是“不连续”“一份一份一份”进行的，表现 出粒子的性质(2)少量或个别光子容 易显示出光的粒子性份”的⑵光子不同于宏观观念的粒子［典例］ ［多选］下列说法正确的是( )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. 光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性［思路点拨］ 解答本题应注意以下三个方面：(1) 光子与实物粒子的区别。
2) 光的波粒二象性是光的本性3) 光显示波动性或粒子性是有条件对应的［解析］ 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，光的 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，A错误；虽然 光子和电子都是微观粒子，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，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 以不能说光子和电子是同样的一种粒子，B错误；波长长，容易发生干涉、衍射，波动性强， 反之，波长短，光子能量大，粒子性强，C正确；干涉、衍射是波特有的现象，光电效应说明 光具有粒子性， D 正确［答案］ CD◎通题组1．对于光的波粒二象性的说法，正确的是( )A. —束传播的光，有的光是波，有的光是粒子B•光波与机械波是同样的一种波C. 光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的D. 光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量£ =hy中， 频率y仍表示的是波的特性解析：选 D 光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性，当光和物质作用时， 是“一份一份”的，表现出粒子性；单个光子通过双缝后在空间各点出现的可能性可以用波 动规律描述，表现出波动性。
粒子性和波动性是光子本身的一种属性，光子说并未否定电磁 说2．下面关于光的波粒二象性的说法中，不正确的是( )A. 大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性B. 频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著C. 光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性D. 光不可能同时既具有波动性，又具有粒子性解析：选D光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子的 粒子性比较明显，故 A 正确；在光的波粒二象性中，频率越大的光其粒子性越显著，频率越 小的光其波动性越显著，故B正确；光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时 往往表现出粒子性，故 C 正确；光的波粒二象性是指光有时表现为波动性，有时表现为粒子 性，二者是统一的，故D错误考点二对物质波的理解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的缘故2．粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不要以宏观观念中的波来理解德布罗意 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］ 如果一个中子和一个质量为10 g 的子弹都以103 m/s 的速度运动，则它们的德 布罗意波的波长分别是多大？(中子的质量为1.67X 10-27 kg)［思路点拨］(1) 子弹的动量P可用p=mv求解h(2) 德布罗意波长人与物体的动量p的关系：人=-o［解析］中子的动量为：p=mv,子弹的动量为：p=mv, 1122h h h据A 知中子和子弹的德布罗意波长分别为：A =-，A =-p 1 p1 2 p2hh联立以上各式解得：A = ， A =1 mv 2 mv 12将 m = 1.67X 10-27 kg，v=1X103 m/s， h=6.63X 10-34 J・s,m =1.0X10-2 kg2代入上面两式可解得：A =3.97X10-10 m, A =6.63X 10-35 m12［答案］ 3.97X10-10 m 6.63X10-35 m有关德布罗意波计算的一般方法(1) 计算物体的速度，再计算其动量如果知道物体动能也可以直接用p=\：阿计算其动 量h(2) 根据A =p计算德布罗意波长3) 需要注意的是：德布罗意波长一般都很短，比一般的光波波长还要短，可以根据结果 的数量级大致判断结果是否合理。
4) 宏观物体的波长小到可以忽略，其波动性很不明显Q通题组1．关于物质波，以下观点不正确的是( )A. 只要是运动着的物体，不论是宏观物体还是微观粒子，都有相应的波与之对应，这就 是物质波B. 只有运动着的微观粒子才有物质波，对于宏观物体，不论其是否运动，都没有相对应 的物质波C. 由于宏观物体的德布罗意波长太小，所以无法观察到它们的波动性D. 电子束照射到金属晶体上得到了电子束的衍射图样，从而证实了德布罗意的假设是正 确的解析：选B只要是运动着的物体，不论是宏观物体还是微观粒子，都有相应的波与之对 应，这就是物质波，故A正确，B错误；由于宏观物体的德布罗意波长太小，所以无法观察到 它们的波动性，故 C 正确；电子束照射到金属晶体上得到了电子束的衍射图样，从而证实了 德布罗意的假设是正确的，故D正确本题选择不正确的，故选B2．2002 年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现 了宇宙X射线源X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为A，以h表示普朗 克常量，c表示真空中的光速，以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，贝X )A. E=—，P=0B. E=^，p=妝c c2C. E=hcT,p= 0hc hD. E=「p=-h hc解析：选D根据E=hv，且A =p，c=A v可得X射线每个光子的能量为E^—，每 pA个光子的动量为P=JLo―、基础题㊆熟1．［多选］实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是( )A. 电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样B. 人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构C. 人们利用电子显微镜观测物质的微观结构D. 光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关解析：选ABC干涉是波具有的特性，电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说 明电子具有波动性，A正确；利用慢中子衍射来研究晶体的微观结构，说明中子可以产生衍射 现象，具有波动性，B正确；利用电子显微镜观测物质的微观结构，说明电子可以产生衍射现 象，具有波动性，C正确；光电效应现象体现的是光的粒子性，D错误。
2. ［多选］下列说法中正确的是( )A. 光的干涉和衍射现象说明光具有波动性B. 光的频率越大，波长越长C. 光的波长越长，光子的能量越大D. 光在真空中的传播速度为3.0X108 m/s解析：选AD光既具有波动性又具有粒子性，A正确由v=h y知B错由爱因斯坦 光子理论£ =hy，v=^ y，知波长越长，光频率越小，光子能。