人教版 (新课标)选修33 崭新的一页：粒子的波动性导学案

江西省宜春市宜春中学高中物理 第16章 粒子的波动性导学案 新人教版选修3-5

【导——知识目标】

知识点一：光的波粒二象性

1.光的波粒二象性：

光既具有波动性，又具有粒子性。

2.光子的能量：ε=hv

3.光子的动量：p=h/λ

注意：物理量ε和p描述光的粒子性，物理量v和λ描述光的波动性，h架起了粒子性与波动性的桥梁。

知识点二：粒子的波动性

1.德布罗意波：任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也称物质波。

2.波的频率：v=ε/h

波的波长：λ=h/p

说明：ε为粒子的能量，p为粒子的动量

知识点三：物质波的实验验证

1927年戴维孙和G。P。汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了类似下图的衍射图样，从而证实了电子波动性。他们为此获得了1973年的诺贝尔物理学奖                            

【思——自主学习】

1.光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有___ _    ____。

(1)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粒子性。比如，干涉、衍射现象中，如果用强光照射，在光屏上立刻就出现了干涉、衍射条纹，波动性体现了出来；如果用很微弱的光照射，在感光屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点，体现出了粒子性。但是如果在微弱的光照射时间加大的情况下，感光底片上光点的分布又会出现一定的规律性，倾向于干涉、衍射的分布规律。这些实验为人们认识光的波粒二象性提供了良好的证据。

(2)频率低的光波动性明显，频率高的光粒子性明显。

(3)光在传播时容易表现出波动性，在与其他物质相互作用时，容易表现出明显的粒子性。

(4)光子说不排斥波动性，光子的能量的计算公式中就包含着波动的因素——频率。

2．光子的能量ε和动量p可以表示为ε＝________和p＝________，它们是描述光的性质的基本关系式，其中________是架起了粒子性与波动性之间的桥梁。

3．实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的________相联系，而且粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间，也像光子跟光波一样，遵从如下关系ν＝________和λ＝________，这种与实物粒子相联系的波后来称为________，也叫做物质波。

【议小组合作】

光的波粒二象性

1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：在某种情境下光的波动性表现明显，在另外某种情境下，光的粒子性表现明显

【2】．关于对光的认识，下列说法正确的是(　　)

A．频率高的光是粒子，频率低的光是波

B．光有时是波，有时是粒子

C．光有时候表现出波动性，有时候表现出粒子性

D．光既是宏观概念中的波，也是宏观概念中的粒子

光波是概率波

【5】对于光的波粒二象性的说法中，正确的是(　　)

A．在一束传播的光束中，有的光是波，有的光是粒子

B．光子与电子同样是一种粒子，光波与机械波同样是一种波

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，在光子的能量E＝hν中，频率ν仍表示的是波的特征

【展】【评】[ 检]

1．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

2．能说明光具有波粒二象性的实验是(　　)

A．光的干涉和衍射               B．光的干涉和光电效应

C．光的衍射和康普顿效应         D．光电效应和康普顿效应

3．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

4．下列关于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，其波动性越明显；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

5．关于物质波，下列说法中正确的是(　　)

A．速度相等的电子和质子，电子的波长大

B．动能相等的电子和质子，电子的波长小

C．动量相等的电子和中子，中子的波长小

D．甲电子速度是乙电子的3倍，甲电子的波长也是乙电子的3倍

6．已知α粒子的质量mα＝6.64×10－27 kg，速度v＝3×107 m/s，要观察到α粒子明显的衍射现象，障碍物的尺寸约为(　　)

A．3.3×10－10 m　　　B．3.3×10－12 m

C．3.3×10－15 m      D．3.3×10－18 m

议答案：

1. 【答案】A、B、D

【解析】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。

2. 解析：波动性和粒子性是微观粒子(包括光)具有的不可分割的两种固有属性，在不同情况下，一种属性起主要作用，该属性就表现出来或属性显著。但微观粒子的波动性和粒子性与宏观概念中的波和粒子是完全不同的。

答案：C

检测练习答案

1. 解析：牛顿的“微粒说”认为光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀的介质中以一定的速度传播；爱因斯坦的光子说认为光是一种电磁波，在空间传播时是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，故本质是不同的，A错。

答案：B、C、D

2. 解析：光的干涉和光的衍射只说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应只说明光具有粒子性，B、C正确。

答案：B、C

3. 解析：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。

答案：A、B

4. 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。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接收装置的反应，所以其粒子性就很显著，故选项C正确。A、B、D错误。

答案：C

5. 解析：由λ＝可知，动量大的波长小。电子与质子的速度相等时，电子动量小，波长长。电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式：p＝ 可知，电子的动量小，波长长。动量相等的电子和中子，其波长应相等。如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲的速度是乙的三倍，甲的动量也是乙的三倍，则甲的波长应是乙的。

答案：A

6. 解析：根据德布罗意假说λ＝＝＝ m≈3.3×10－15 m。要观察到明显的衍射现象，障碍物的尺寸与波长差不多，C正确。

答案：C