1、3 粒子的波动性,第十七章波粒二象性,学科素养与目标要求,1.知道人类对光的本性的认识史；了解光的波粒二象性及其对立统一关系. 2.了解粒子的波动性，知道物质波的概念. 3.了解什么是德布罗意波，会解释有关现象.,物理观念：,学会用辩证的观点看待问题，认识到物理学各种观点的局限性.,科学态度与责任：,自主预习,01,1.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. 2.光子的能量和动量关系式 (1)关系式： ，p . (2)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
2、 性之间的密切关系.,光的波粒二象性,一,粒子,波粒二象,波动,粒子,h,粒子,波动,波动,1.粒子的波动性 (1)德布罗意波：任何 着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种波叫 ，又叫德布罗意波. (2)物质波波长、频率的计算公式为 ， . (3)我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太 ，德布罗意波长太 的缘故. 2.物质波的实验验证 (1)实验探究思路： 、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 或衍射现象.,粒子的波动性,二,物质波,运动,大,小,干涉,干涉,(2)实验验证：1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体
3、做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的 . (3)说明 人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的 ，对于这些粒子，德布罗意给出的 关系同样正确.,波动性,波动性,判断下列说法的正误. (1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性.() (2)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子.() (3)光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子.() (4)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波.() (5)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性.(),即学即用,重点探究,02,1.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
4、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：,对光的波粒二象性的理解,一,2.对光的波粒二象性的理解 (1)光的波动性 实验基础：光的干涉和衍射. 表现：a.光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述；b.足够能量的光在传播时，表现出波的性质. 说明：a.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；b.光的波动性不同于宏观观念的波. (2)光的粒子性 实验基础：光电效应、康普顿效应. 表现：a.当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质；b.少量或个别
5、光子容易显示出光的粒子性. 说明：a.粒子的含义是“不连续”“一份一份”的；b.光子不同于宏观观念的粒子.,例1(多选)下列有关光的波粒二象性的说法中，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.康普顿效应表明光具有粒子性,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、康普顿效应)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，没有静止质量，电子是以实物形式
6、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.光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著，故选项C、D正确，A、B错误.,1.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？,粒子的波动性,二,导学探究,答案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？,答案电子具有波动性.,2.德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，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.,答案一切微观粒
7、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，产生的物质波的波长短，难以观测.,1.任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，这种波叫物质波，其波长 .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.德布罗意假说是光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.,知识深化,例2(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
8、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错误，B正确； 宏观物体的物质波波长很短，不易观察到它的波动性，C错误； 由 ，pmv可知，速度相同的质子与电子相比，电子质量小，动量小，故其物质波波长更长，所以电子的波动性更明显，D正确.,例3质量为1 000 kg的小汽车以v30 m/s的速度在高速公路上行驶，试计算小汽车的德布罗意波的波长.为什么我们无法观察到其波动性？(普朗克常量h6.631034 Js),解析小汽车的动量为pmv1 00030 kgm/s3104 kgm/s，,答
9、案见解析,因小汽车的德布罗意波的波长太短，故无法观察到其波动性.,归纳总结,德布罗意波长的计算 1.首先计算物体的速度，再计算其动量.如果知道物体动能也可以直接用p 计算其动量. 2.再根据 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.,针对训练(2019石嘴山三中高二月考)关于物质波，下列说法正确的是 A.速度相等的电子和质子，电子的波长长 B.动能相等的电子和质子，电子的波长短 C.动量相等的电子和中子，中子的波长短 D.如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲电子的速度是乙电子的3倍，则甲电子的 波长也是乙电
10、子的3倍,动量相等的电子和中子，其波长应相等，C错误；,达标检测,03,1,2,3,1.(波粒二象性的理解)有关光的本性，下列说法中正确的是 A.光既具有波动性，又具有粒子性，这是相互矛盾和对立的 B.光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点 C.光不具有波动性 D.由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只 能认为光具有波粒二象性,解析光在不同条件下表现出不同的行为，其波动性和粒子性并不矛盾，A错，D对； 光的波动性不同于机械波，其粒子性也不同于质点，B错； 大量光子往往表现出波动性，个别光子往往表现出粒子性，C错.,2.(物质波的理解)(多选)(2018上
11、饶中学高二月考)关于物质波，下列认识中错误的是 A.任何运动的物体都伴随一种波，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.与宏观物体相联系的物质波不具有干涉、衍射等现象,解析任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有与其本身相联系的波，这就是物质波，故A正确； X射线的本质是电磁波，X射线的衍射实验，证实了X射线的波动性，故B错误； 电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的，故C正确； 物质波具有干涉、衍射等现象，故D错误.,1,2,3,3.(物质波的理解与计算)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1.671027kg，普朗克常量为6.631034 Js，结果保留三位有效数字),答案3.971010 m6.631035 m,解析中子的动量为p1m1v 子弹的动量为p2m2v,代入数据可解得13.971010 m，26.631035 m.,1,2,3,