高中物理 第十七章 波粒二象性 第3节 粒子的波动性学案 新人教版选修3-5

3粒子的波动性1了解光的波粒二象性。2知道实物粒子的波动性，了解物质波的概念。干涉和衍射是波特有的性质。对于电子这样的实物粒子会发生干涉现象吗？提示：能。电子也具有波动性。1光的波粒二象性(1)光的本性：光能够发生干涉、衍射现象，说明光具有_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：能量表达式：_，动量表达式：p_。2粒子的波动性(1)德布罗意波：任何一种实物粒子都和一个_相对应，这种波被称为德布罗意波，也叫_。(2)物质波的波长和频率：波长公式：_，频率公式：_。3物质波的实验验证(1)1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别做了_的实验，从而证实了_。(2)电子束穿过铝箔发生的衍射现象，说明了电子具有波动性，即电子也具有_二象性。(3)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，德布罗意给出的_和_关系同样正确。(4)宏观物体的质量比微观粒子大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的波长很_，根本无法观察到它的波动性。答案：1(1)波动粒子波粒二象(2)h2(1)波物质波(2)3(1)电子束衍射电子的波动性(2)波粒(3)(4)小一、光本性学说的发展简史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公认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，光速等于电磁波速光电效应、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二、对光的波粒二象性的理解实验基础表现说明光的波动性干涉和衍射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(2)少量或个别光子清楚地显示出光的粒子性(1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的(2)光子不同于宏观观念的粒子波动性和粒子性的对立、统一(1)大量光子易显示波动性，而少量光子易显示出粒子性(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强(1)光子说并未否定波动性，h中，和就是波的概念(2)波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的三、对德布罗意物质波的理解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。类型一 光的波粒二象性【例题1】 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大量光子的行为往往显示出粒子性解析：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，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光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著。故选项C正确，A、B、D错误。答案：C题后反思：(1)光具有波粒二象性，电子是实物粒子。(2)光的波长越长，波动性越强，波长越短，粒子性越强。(3)个别光子易显示粒子性，大量光子易显示波动性。类型二 物质波的计算【例题2】 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少？(中子的质量为1.67×1027 kg，h6.63×1034 J·s)解析：中子的动量为p1m1v子弹的动量为p2m2v由公式知，中子和子弹的德布罗意波长分别为中和子因此可得到中，子，代入数据得中4.0×1010 m子6.63×1035 m。答案：4.0×1010 m6.63×1035 m题后反思：任何一个运动的物体，都有一种波与之对应，其波长为。触类旁通：通过对例题2的计算，你对物质波有什么体会？触类旁通答案：速度相同的物质，质量越大，波长越短，波动性越不明显。1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得出来的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2下列说法中正确的是()。A物质波属于机械波B只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性C德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波D宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性3在历史上，最早证明德布罗意波存在的实验是()。A弱光衍射实验B电子束在晶体上的衍射实验C弱光干涉实验D以上都不正确4在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近，已知中子质量m1.67×1027 kg，普朗克常量h6.63×1034 J·s，可以估算出德布罗意波长1.82×1010 m的热中子的动量的数量级可能是()。A1017 kg·m/sB1018 kg·m/sC1020 kg·m/s D1024 kg·m/s5电子经电势差为U200 V的电场加速，在vc的情况下，求此电子的德布罗意波长(me9.1×1031 kg，e1.6×1019 C，h6.63×1034 J·s)。答案：1AB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。2C3B最早证明德布罗意波假说的是电子束在晶体上的衍射实验，故B选项正确。4D根据德布罗意波长公式：得：p kg·m/s3.6×1024 kg·m/s可见，热中子的动量的数量级是1024 kg·m/s。5解析：已知EkeU所以v nm如U200 V，则 nm nm8.70×102 nm。答案：8.70×102 nm1