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1、3粒子的波动性1.1.知道光具有波粒二象性知道光具有波粒二象性, ,区分光的波区分光的波动性和粒子性。性和粒子性。2.2.知道知道实物粒子和光子一物粒子和光子一样具有波粒二象性。具有波粒二象性。3.3.掌握掌握= = 的含的含义及及应用。用。一、光的波粒二象性一、光的波粒二象性1.1.光的本性光的本性: :光的干涉、衍射、偏振光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有象表明光具有_性性, ,光光电效效应和康普和康普顿效效应表明光具有表明光具有_性性, ,即光具有即光具有_性。性。波波动粒子粒子波粒二象波粒二象2.2.光子的能量和光子的能量和动量关系式量关系式: :(1)(1)关系式关系式:=_,p=_
2、:=_,p=_。(2)(2)意意义: :能量能量和和动量量p p是描述物是描述物质的的_性的重要物理量性的重要物理量; ;波波长和和频率率是描述物是描述物质的的_性的典型物理量。因此性的典型物理量。因此=h=h和和p= p= 揭示了光的揭示了光的_性和性和_性之性之间的密切关系。的密切关系。h h粒子粒子波波动粒子粒子波波动二、粒子的波二、粒子的波动性物性物质波波1.1.德布德布罗意波意波: :任何一个任何一个_的物体的物体, ,都有一种波与它相都有一种波与它相对应, ,这种波叫种波叫_,_,也称也称为德布德布罗意波。意波。2.2.物物质波的波波的波长、频率关系式率关系式:=_,:=_,=_=
3、_。运运动着着物物质波波3.3.实验探究思路探究思路:_:_、_是波特有的是波特有的现象象, ,如果如果实物粒子物粒子具有波具有波动性性, ,则在一定条件下在一定条件下, ,也也应该发生干涉或衍射生干涉或衍射现象。象。4.4.实验验证:1927:1927年戴年戴维孙和和汤姆姆孙分分别利用晶体做了利用晶体做了_的的实验, ,得到了得到了电子的子的_,_,证实了运了运动着的着的电子具子具有有_。干涉干涉衍射衍射电子束子束衍射衍射衍射衍射图样波波动性性1.1.判一判判一判: :(1)(1)德布德布罗意意认为实物粒子也具有波物粒子也具有波动性。性。( () )(2)(2)光的波粒二象性光的波粒二象性彻
4、底推翻了麦克斯底推翻了麦克斯韦电磁理磁理论。( () )(3)(3)波波长较长的光只有波的光只有波动性性, ,没有粒子性。没有粒子性。( () )(4)(4)向前向前飞行的子行的子弹具有波具有波动性。性。( () )提示提示: :(1)(1)。每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系。(2)(2)。在光的波粒二象性中。在光的波粒二象性中, ,光子能量光子能量=h=h中中, ,表示了波表示了波的特征的特征, ,因而并没有否定麦克斯韦的电磁说。因而并没有否定麦克斯韦的电磁说。(3)(3)。粒子性和波动性是光同时具备的两种属性。粒子性和波动性是光同时具备的两种属
5、性。(4)(4)。实物粒子也具有波粒二象性。实物粒子也具有波粒二象性, ,对子弹来说对子弹来说, ,其德布罗意其德布罗意波长很短波长很短, ,很难表现出波动性。很难表现出波动性。2.2.想一想想一想: :(1)(1)光的波光的波动性与粒子性跟光波性与粒子性跟光波频率高低、波率高低、波长的的长短有怎短有怎样的关系的关系? ?提示提示: :光波频率越低光波频率越低, ,波长越长波长越长, ,光的波动性越明显光的波动性越明显; ;光波频率越光波频率越高高, ,波长越短波长越短, ,光的粒子性越明显。光的粒子性越明显。(2)(2)每一个运每一个运动的物体都有一个的物体都有一个对应的波的波, ,为什么什
6、么观察不到一粒察不到一粒飞行着的子行着的子弹的波的波动性性? ?提示提示: :宏观物体在运动时宏观物体在运动时, ,我们观察不到它们的波动性我们观察不到它们的波动性, ,但也有但也有一个波与之对应一个波与之对应, ,只是对应飞行的子弹的波的波长太小了只是对应飞行的子弹的波的波长太小了, ,所以所以观察不到子弹的波动性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但一粒飞行着的子弹的波动性还是存在的。在的。主主题一一 光的波粒二象性光的波粒二象性【问题探究】【问题探究】1.1.光的波光的波动性与机械波有何本性与机械波有何本质区区别? ?提示提示: :光虽然具有波动性光虽然具有波动性,
7、 ,但又具有粒子性但又具有粒子性, ,这与机械波有着本这与机械波有着本质的不同质的不同, ,如传播问题如传播问题, ,光可以在真空中传播光可以在真空中传播, ,且速度比在介质且速度比在介质中大中大, ,而机械波只能借助介质传播而机械波只能借助介质传播, ,在真空中不能传播。在真空中不能传播。2.2.波的两个典型特性是什么波的两个典型特性是什么? ?试举出光具有两特性的两出光具有两特性的两实验。提示提示: :(1)(1)波的干涉和衍射是波具有的两个典型特性。波的干涉和衍射是波具有的两个典型特性。(2)(2)光的单缝衍射和托马斯光的单缝衍射和托马斯杨的双缝干涉实验表明光既能发杨的双缝干涉实验表明光
8、既能发生衍射又能发生干涉。生衍射又能发生干涉。3.3.什么什么现象能象能说明光具有粒子性明光具有粒子性? ?提示提示: :光电效应现象以及康普顿效应现象均说明光具有粒子性。光电效应现象以及康普顿效应现象均说明光具有粒子性。4.4.描述光的性描述光的性质的基本关系式的基本关系式=h=h和和p= p= 中中, ,光的波粒二象光的波粒二象性是怎性是怎样联系在一起的系在一起的? ?提示提示: :描述光的性质的基本关系式描述光的性质的基本关系式=h=h和和p= p= 中能量中能量和动和动量量p p是描述物质的粒子性的重要物理量是描述物质的粒子性的重要物理量; ;频率频率和波长和波长是描述是描述物质波动性
9、的典型物理量。两式左侧的物理量物质波动性的典型物理量。两式左侧的物理量和和p p描述光的描述光的粒子性粒子性, ,右侧的物理量右侧的物理量和和描述光的波动性描述光的波动性, ,它们通过普朗克它们通过普朗克常量常量h h联系在一起。联系在一起。【探究总结】【探究总结】光的粒子性和波光的粒子性和波动性是性是统一的一的(1)(1)光是不光是不连续的的, ,是一份一份的是一份一份的, ,光的粒子即光子光的粒子即光子, ,不同于宏不同于宏观概念的粒子概念的粒子, ,但也具有但也具有动量和能量。当光同物量和能量。当光同物质发生作用生作用时, ,表表现出粒子的性出粒子的性质; ;少量或个少量或个别光子易光子
10、易显示光的粒子性示光的粒子性, ,频率高、率高、波波长短的光短的光, ,粒子性特征粒子性特征显著。著。(2)(2)光的粒子性并不否定光的波光的粒子性并不否定光的波动性性, ,光既具有波光既具有波动性性, ,又具有又具有粒子性粒子性, ,波波动性、粒子性都是光本身的一种属性性、粒子性都是光本身的一种属性, ,只是在不同条只是在不同条件下的表件下的表现不同。不同。(3)(3)光子的能量与其光子的能量与其对应的的频率成正比率成正比, ,而而频率是波率是波动性特有的性特有的物理量物理量, ,因此因此E=hE=h, ,揭示了光的粒子性和波揭示了光的粒子性和波动性之性之间的密切的密切联系。光的粒子性和波系
11、。光的粒子性和波动性性组成一个有机的成一个有机的统一体一体, ,相互相互间并不并不独立存在。独立存在。【即时训练】【即时训练】1.1.下列有关光的波粒二象性的下列有关光的波粒二象性的说法中法中, ,正确的是正确的是( () )A.A.有的光是波有的光是波, ,有的光是粒子有的光是粒子B.B.光子与光子与电子是同子是同样的一种粒子的一种粒子C.C.光的波光的波长越越长, ,其波其波动性越性越显著著; ;波波长越短越短, ,其粒子性越其粒子性越显著著D.D.大量光子的行大量光子的行为往往往往显示出粒子性示出粒子性【解【解题探究】探究】(1)(1)在宏在宏观现象中象中, ,波与粒子是波与粒子是_的概
12、念的概念, ,而在而在微微观世界中世界中, ,波与粒子可以波与粒子可以统一。一。(2)(2)光具有波粒二象性是指光在光具有波粒二象性是指光在传播播过程中和其他物程中和其他物质作用作用时分分别表表现出出_和和_的特性。的特性。对立立波波粒子粒子【解析】【解析】选选C C。一切光都具有波粒二象性。一切光都具有波粒二象性, ,光的有些行为光的有些行为( (如干如干涉、衍射涉、衍射) )表现出波动性表现出波动性, ,有些行为有些行为( (如光电效应如光电效应) )表现出粒子性表现出粒子性, ,所以所以, ,不能说有的光是波不能说有的光是波, ,有的光是粒子。虽然光子与电子都是有的光是粒子。虽然光子与电
13、子都是微观粒子微观粒子, ,都具有波粒二象性都具有波粒二象性, ,但电子是实物粒子但电子是实物粒子, ,有静止质量有静止质量, ,光子不是实物粒子光子不是实物粒子, ,没有静止质量没有静止质量, ,电子是以实物形式存在的物电子是以实物形式存在的物质质, ,光子是以场形式存在的物质光子是以场形式存在的物质, ,所以所以, ,不能说光子与电子是同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, ,大量光子大量光子的行为表现出波动性的行为表现出波动性, ,个别光子的行为表现出粒子性。光的波个别光子的行为表现出粒子性。光的波长越长长越长,
14、,衍射性越好衍射性越好, ,即波动性越显著即波动性越显著, ,光的波长越短光的波长越短, ,其光子能其光子能量越大量越大, ,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所以其粒子性就很显著, ,故故C C正确正确,A,A、B B、D D错误。错误。2.(2.(多多选) )对光的光的认识, ,以下以下说法中正确的是法中正确的是( () )A.A.个个别光子的行光子的行为表表现为粒子性粒子性, ,大量光子的行大量光子的行为表表现为波波动性性B.B.光的波光的波动性是光子本身的一种属性性是光子本身的一种属性, ,不是光子之不
15、是光子之间的相互作的相互作用引起的用引起的C.C.光表光表现出波出波动性性时, ,就不具有粒子性了就不具有粒子性了, ,光表光表现出粒子性出粒子性时, ,就不具有波就不具有波动性了性了D.D.光的波粒二象性光的波粒二象性应理解理解为在某种情境下光的波在某种情境下光的波动性表性表现明明显, ,在另外某种情境下在另外某种情境下, ,光的粒子性表光的粒子性表现明明显【解析】【解析】选选A A、B B、D D。个别光子的行为表现为粒子性。个别光子的行为表现为粒子性, ,大量光子大量光子的行为表现为波动性的行为表现为波动性; ;光与物质相互作用光与物质相互作用, ,表现为粒子性表现为粒子性, ,光的光的
16、传播表现为波动性传播表现为波动性, ,光的波动性与粒子性都是光的本质属性。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光的粒子性表现明显时仍具有波动性有波动性, ,因为大量光子的行为呈现出波动规律因为大量光子的行为呈现出波动规律, ,故正确选项有故正确选项有A A、B B、D D。主主题二二 粒子的波粒子的波动性物性物质波波 【问题探究】【问题探究】1.1.德布德布罗意波意波长与与动量的关系是怎量的关系是怎样的的? ?提示提示: :如果用动量如果用动量p p来表征实物粒子的粒子性来表征实物粒子的粒子性, ,用波长用波
17、长来表征来表征实物粒子的波动性。那么实物粒子的波动性。那么, ,对光适用的关系式也适用于实物粒对光适用的关系式也适用于实物粒子子, ,即即:= ,:= ,这种与实物粒子相联系的波后来称为德布罗意这种与实物粒子相联系的波后来称为德布罗意波波, ,也叫做物质波。其中也叫做物质波。其中是德布罗意波长是德布罗意波长,h,h是普朗克常量是普朗克常量,p,p是相应的实物粒子的动量。是相应的实物粒子的动量。2.2.德布德布罗意意认为任何运任何运动着的物体均有波着的物体均有波动性性, ,可是我可是我们观察察运运动着的汽着的汽车, ,并未感并未感觉到它的波到它的波动性。你如何理解性。你如何理解该问题, ,谈谈自
18、己的自己的认识。提示提示: :波粒二象性是微观粒子的特殊规律波粒二象性是微观粒子的特殊规律, ,一切微观粒子都存在一切微观粒子都存在波动性波动性, ,宏观物体宏观物体( (汽车汽车) )也存在波动性也存在波动性, ,只是因为宏观物体质量只是因为宏观物体质量大大, ,动量大动量大, ,波长短波长短, ,难以观测难以观测, ,而微观粒子如电子、质子、中子而微观粒子如电子、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。础。【探究总结】【探究总结】对物物质波的理解波的理解(1)(1)任何物体任何物体, ,小到小到电子、子、质子
19、子, ,大到行星、太阳都存在波大到行星、太阳都存在波动性性, ,我我们之所以之所以观察不到宏察不到宏观物体的波物体的波动性性, ,是因是因为宏宏观物体物体对应的波的波长太小。太小。(2)(2)物物质波是一种概率波波是一种概率波, ,粒子在空粒子在空间各各处出出现的概率受波的概率受波动规律支配律支配, ,不要以宏不要以宏观观点中的波来理解德布点中的波来理解德布罗意波。意波。(3)(3)德布德布罗意假意假说是光子的波粒二象性的一种推广是光子的波粒二象性的一种推广, ,使之包括了使之包括了所有的物所有的物质粒子粒子, ,即光子与即光子与实物粒子都具有粒子性物粒子都具有粒子性, ,又都具有波又都具有波
20、动性性, ,与光子与光子对应的波是的波是电磁波磁波, ,与与实物粒子物粒子对应的波是物的波是物质波。波。【即时训练】【即时训练】1.(1.(多多选) )根据物根据物质波理波理论, ,以下以下说法中正确的是法中正确的是( () )A.A.微微观粒子有波粒子有波动性性, ,宏宏观物体没有波物体没有波动性性B.B.宏宏观物体和微物体和微观粒子都具有波粒子都具有波动性性C.C.宏宏观物体的波物体的波动性不易被人性不易被人观察到是因察到是因为它的波它的波长太太长D.D.速度相同的速度相同的质子和子和电子相比子相比, ,电子的波子的波动性更性更为明明显【解析】【解析】选选B B、D D。一切运动的物体都有
21、一种物质波与它对应。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所以宏观物体和微观粒子都具有波动性,A,A选项错误选项错误,B,B选项正确。选项正确。宏观物体的物质波波长很短宏观物体的物质波波长很短, ,不易观察到它的波动性不易观察到它的波动性, ,所以所以C C选选项错误。速度相同的质子与电子相比项错误。速度相同的质子与电子相比, ,电子质量小电子质量小, ,物质波波长物质波波长更长更长, ,所以电子波动性更明显所以电子波动性更明显, ,所以所以D D选项正确。选项正确。2.2.如果一个中子和一个如果一个中子和一个质量量为10g10g的子的子弹都以都以1010
22、3 3m/sm/s的速度运的速度运动, ,则它它们的德布的德布罗意波的波意波的波长分分别是多大是多大?(?(中子的中子的质量量为1.67101.6710-27-27kg)kg)【解【解题探究】探究】(1)(1)物体或粒子的物体或粒子的动量量p p与与质量量m m、运、运动速度速度v v之之间的关系是的关系是p=_p=_。(2)(2)德布德布罗意波意波长与物体的与物体的动量量p p、普朗克常量、普朗克常量h h之之间的关系的关系是是=_=_。mvmv【解析】【解析】中子的动量为中子的动量为:p:p1 1=m=m1 1v,v,子弹的动量为子弹的动量为:p:p2 2=m=m2 2v,v,据据= = 知中子和子弹的德布罗意波长分别为知中子和子弹的德布罗意波长分别为 联立以上各式解得联立以上各式解得: : 将将m m1 1=1.6710=1.6710-27-27kg,v=110kg,v=1103 3m/s,m/s,h=6.6310h=6.6310-34-34Js,mJs,m2 2=1.010=1.010-2-2kgkg代入上面两式可解得代入上面两式可解得:1 1=4.010=4.010-10-10m,m,2 2=6.6310=6.6310-35-35m m。答案答案: :4.0104.010-10-10m m6.63106.6310-35-35m m
