金学案物理·选修人教十七粒子的波动性市公开课获奖课件省名师示范课获奖课件
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答案：C
名师点评 把微粒与波对立是由于人们对自然界认识的局限， 现代物理学对自然的认识，已经打破了这种局限，光既 是波又是粒子，只是在不同的环境条件下，它们显现的 程度不同．
1．实验表明电子也有波粒二象性，由于电子的粒子 性比光强，故电子的波长比光的波长更短，电子和光相 比，我们( )
A．更容易观察到明显的衍射现象和干涉现象 B．不容易观察到明显的衍射现象和干涉现象 C．不容易观察到明显的衍射现象，但容易观察到干 涉现象 D．更容易观察到明显的衍射现象，但不容易观察到 干涉现象
第十七章 波粒二象性
3 粒子的波动性
学习目标
重点难点
• 要点 • 1.用光旳波
• 1.懂得光旳本性认识 史.
• 2.懂得光旳波粒二象 性，了解其对立统一 旳关系.
• 3.会用光旳波粒二象 性分析有关现象.
• 4.了解德布罗意波， 会解释有关现象.
粒二象性 分析有关 现象.
• 2.对德布罗 意波旳了 解.
要物理量；波长 λ 和频率 ν 是描述物质的波动性的典型 h
物理量．因此 ε＝hν 和 p＝__λ__揭示了光的粒子性和波动
性之间的密切关系．
判断正误
1．光的干涉、衍射现象说明光是一种波．(√) 2．光的传播不需要介质．(√) 3．光子具有能量和动量说明光是一种波．(×)
小试身手
1．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是 ()
C．10－21 J
D．10－24 J
解析：由 λ＝hp，Ek＝12mv2＝12mmp 2＝21mhλ2，代入 数据得 Ek＝4.0×10－21 J.
答案：C
典型问题——波粒二象性的实验探究 研究波粒二象性有很多经典实验，以这些实验为背 景设计的问题属于信息给予题，解决此类问题的关键是 通过阅读题目，提取有用信息，结合所掌握知识来做出 正确的判断和计算．
(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，德布罗意给出的 ν＝εh 和 λ＝hp关系同样正确．
②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小，根本无法观察 到它的波动性．
判断正误
1．一切宏观物体都伴随一种波，即物质波．(×) 2．湖面上的水波就是物质波．(×) 3．电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性．(√)
[典例❷] 一颗质量为 5.0 kg 的炮弹以 200 m/s 的速 度运动时，求它的德布罗意波波长；若它以光速运动， 求它的德布罗意波波长；若要使它的德布罗意波波长为 400 nm，求它的运动速度.
解析：根据 p＝λh 可得当以 200 m/s 运动时 λ1＝hp＝ 6.6230×0×105－34m＝6.63×10－37m；
答案：C
知识点二 粒子的波动性及物质波
提炼知识
1．粒子的波动性．
(1)德布罗意波．
任何一个运动着的物体，都有一种波与它相对应，
这种波叫物质波，也称为德布罗意波． h
ε
(2)物质波的波长、频率关系式：λ＝_p__，ν＝__h__．
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 做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图象，证实 了电子的波动性．
拓展一 光的波粒二象性
1．对光的本性认识的几个阶段． (1)牛顿的微粒说：以牛顿为代表的大多数物理学家 认为，光是一种弹性微粒．微粒说能解释光的直线传播、 反射等现象，不能解释光同时发生反射和折射．
(2)惠更斯的波动说：以惠更斯为代表的少数物理学 家认为，光是一种波动，类似于机械波．波动说能解释 牛顿微粒说不能解释的一些光现象，干涉、衍射现象的 出现，波动理论得以发展．
2．物质波的意义． 波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子 都存在波动性，宏观的物体也存在波动性，但波长太小， 无法观测． 3．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)德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出现 的概率受波动规律支配，不要以宏观观点中的波来理解 德布罗意波．
知，电子的物质波的波长比原子尺寸小得多，它的动量
应很大，即速度很大，选项 A 正确，选项 B 错误；
由信息“利用 X 射线或中子束得到晶体的衍射图 样”及发生衍射现象的条件可知，中子的物质波或 X 射 线的波长与原子尺寸相当，选项 D 正确，选项 C 错误．
答案：AD
(多选)如图实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的 有( )
难点 • 1.对光旳波 粒二象性 旳认识.
• 2.了解德布
知识点一 光的波粒二象性
提炼知识 1．光的本性． 光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光 电效应和康普顿效应表明光具有粒子性．即光具有波粒 二象性．
2．光子的能量和动量． h
(1)能量：ε＝hν，(2)动量：p＝__λ__．
3．意义：能量 ε 和动量 p 是描述物质的粒子性的重
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， 故 B 项错误；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 C 项正确，D 项错误．
当以光速运动时 λ2＝hp＝63.6×3×1018×0－534m＝4.42×10－ 43m，根据公式 p＝mv＝λh 可得 v＝mhλ＝460.06×3×101－09－×345 m/s＝3.31×10－28m/s.
答案：6.63×10－37 m 4.42×10－43 m 3.31×10－28 m/s
(3)麦克斯韦的电磁说：麦克斯韦认为光是一种电磁 波．赫兹证实了这一学说，干涉、衍射、偏振、真空中 的传播速度等，电磁波和光完全相同．
(4)爱因斯坦的光子说：在普朗克量子化的基础上提 出光的辐射也是一份一份的，不连续的，每一份光叫作 一个光子．成功地解释了光电效应现象，光子说并没有 否定电磁说．
(5)波粒二象性：光既具有波动性又具有粒子性，同 时具有波、粒二象性，能解释到目前为止所发现的任何 光现象．
2．对光的波粒二象性的理解．
• 光旳 波粒 二象 性Biblioteka • 光旳 波动 性•
试验基 础
•
体现
• 阐明
干涉和衍 射
• 1.光是一种概 • 1.光旳波动
率波，即光 性是光子
子在空间各 本身旳一
点出现旳可 种属性，
能性大小(概 不是光子
率)可用波动 之间相互
规律来描
作用产生
述．
旳．
•光 旳 粒 子
• 1.当光同物 质发生作用 时，这种作 用是“一份 一份”进行
解析：波动性越强越容易观察到明显的衍射和干涉， 电子的波长比光的波长更短，则不容易观察到明显的衍 射现象和干涉现象.故选 B.
答案：B
拓展二 对物质波的理解
1．物质波的提出． (1)1924 年，法国巴黎大学的德布罗意，在论文中把 光的波粒二象性推广到了实物粒子，用类比的方法，从 理论上预言了物质波的存在． (2)德布罗意认为：每一个运动的粒子都与一个对应 的波相联系．并且指出其能量、动量跟它对应的频率 ν、 波长 λ 的关系．ν＝εh ，λ＝hp.
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表现出粒子性
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，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，故 A 项错误；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，
【典例 1】 关于光的波粒二象性，下列说法中不正
确的是( ) A．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为
粒子性 B．光波频率越高，粒子性越明显 C．能量越大的光子其波动性越显著 D．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波
动性
解析：波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明 显，有时候表现出的波动性较明显，或者说在某种场合 下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下，光的波动 性表现明显．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表 现出波动性，A、D 说法正确；光的频率越高，能量越高， 粒子性相对波动性越明显，B 说法正确，C 说法错误．
(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．
温馨提示：(1)一切运动着的物体都具有波动性． (2)看到的宏观物体，其运动时，虽看不出它们的波 动性，但也有一个波长与之对应．只是，这个波长非常 小，难以观测到．
2.波长长 (频率低)旳 光波动性强， 而波长短 (频率高)旳 光粒子性强
1.光子说并未 否定波动 性．E＝hν＝ hc/λ中，ν和λ 就是波旳概念. 2.波和粒子在 宏观世界是不 能统一旳，而 在微观世界却 是统一旳
3.光子的能量与频率以及动量与波长的关系． ε＝hν，p＝hλ＝hλνν＝εc .
A．电子显微镜所利用的是，电子的物质波的波长比 原子尺寸小得多
B．电子显微镜中电子束运动的速度应很小 C．要获得晶体的 X 射线衍射图样，X 射线波长要 远小于原子的尺寸 D．中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当 解析：由题目所给信息“电子的物质波波长很短，
能防止发生明显衍射现象”及发生衍射现象的条件可
【典例】 (多选)为了观察晶体的原子排列，采用了
以下两种方法：(1)用分辨率比光学显微镜更高的电子显 微镜成像(由于电子的物质波波长很短，能防止发生明显 衍射现象，因此，电子显微镜的分辨率高)；(2)利用 X 射 线或中子束得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原 子排列．则下列分析中正确的是( )
2．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波长与晶体中原子间距相
近，已知中子质量 m＝1.67×10－27 kg，普朗克常量 h＝
6.63×10－34 J·s，可以估算德布罗意波波长 λ＝1.82×10
－10 m 的热中子动能的数量级为( )
A．10－17 J
B．10－19 J
A
B
C
D
解析：光的粒子性可通过碰撞和光电效应揭示．所 以 A、B 对．
答案：AB
光电效应、 旳，体现出 康普顿效应 粒子旳性
质．
• 1.粒子 旳含义 是“不 连 续”“ 一份一 份” 旳．
性
•
2．少许或个 别光子清楚 地显示出光 旳粒子性
•
2．光子 不同于 宏观观 念旳粒
• 波动性和 粒子性旳 对立、统 一
• •
1.大量光子 易显示波动 • 性，而少许 光子易显示 出粒子性.
小试身手 2．在历史上，最早证明了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 解析：1927 年，克林顿·戴维在贝尔实验室将电子射 向镍结晶，发现其衍射图谱和布拉格定律(这原是用于 X 射线的)预测的一样.从而证实了德布罗意波的存在. 答案：B
名师点评 把微粒与波对立是由于人们对自然界认识的局限， 现代物理学对自然的认识，已经打破了这种局限，光既 是波又是粒子，只是在不同的环境条件下，它们显现的 程度不同．
1．实验表明电子也有波粒二象性，由于电子的粒子 性比光强，故电子的波长比光的波长更短，电子和光相 比，我们( )
A．更容易观察到明显的衍射现象和干涉现象 B．不容易观察到明显的衍射现象和干涉现象 C．不容易观察到明显的衍射现象，但容易观察到干 涉现象 D．更容易观察到明显的衍射现象，但不容易观察到 干涉现象
第十七章 波粒二象性
3 粒子的波动性
学习目标
重点难点
• 要点 • 1.用光旳波
• 1.懂得光旳本性认识 史.
• 2.懂得光旳波粒二象 性，了解其对立统一 旳关系.
• 3.会用光旳波粒二象 性分析有关现象.
• 4.了解德布罗意波， 会解释有关现象.
粒二象性 分析有关 现象.
• 2.对德布罗 意波旳了 解.
要物理量；波长 λ 和频率 ν 是描述物质的波动性的典型 h
物理量．因此 ε＝hν 和 p＝__λ__揭示了光的粒子性和波动
性之间的密切关系．
判断正误
1．光的干涉、衍射现象说明光是一种波．(√) 2．光的传播不需要介质．(√) 3．光子具有能量和动量说明光是一种波．(×)
小试身手
1．下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是 ()
C．10－21 J
D．10－24 J
解析：由 λ＝hp，Ek＝12mv2＝12mmp 2＝21mhλ2，代入 数据得 Ek＝4.0×10－21 J.
答案：C
典型问题——波粒二象性的实验探究 研究波粒二象性有很多经典实验，以这些实验为背 景设计的问题属于信息给予题，解决此类问题的关键是 通过阅读题目，提取有用信息，结合所掌握知识来做出 正确的判断和计算．
(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，德布罗意给出的 ν＝εh 和 λ＝hp关系同样正确．
②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小，根本无法观察 到它的波动性．
判断正误
1．一切宏观物体都伴随一种波，即物质波．(×) 2．湖面上的水波就是物质波．(×) 3．电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性．(√)
[典例❷] 一颗质量为 5.0 kg 的炮弹以 200 m/s 的速 度运动时，求它的德布罗意波波长；若它以光速运动， 求它的德布罗意波波长；若要使它的德布罗意波波长为 400 nm，求它的运动速度.
解析：根据 p＝λh 可得当以 200 m/s 运动时 λ1＝hp＝ 6.6230×0×105－34m＝6.63×10－37m；
答案：C
知识点二 粒子的波动性及物质波
提炼知识
1．粒子的波动性．
(1)德布罗意波．
任何一个运动着的物体，都有一种波与它相对应，
这种波叫物质波，也称为德布罗意波． h
ε
(2)物质波的波长、频率关系式：λ＝_p__，ν＝__h__．
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 做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图象，证实 了电子的波动性．
拓展一 光的波粒二象性
1．对光的本性认识的几个阶段． (1)牛顿的微粒说：以牛顿为代表的大多数物理学家 认为，光是一种弹性微粒．微粒说能解释光的直线传播、 反射等现象，不能解释光同时发生反射和折射．
(2)惠更斯的波动说：以惠更斯为代表的少数物理学 家认为，光是一种波动，类似于机械波．波动说能解释 牛顿微粒说不能解释的一些光现象，干涉、衍射现象的 出现，波动理论得以发展．
2．物质波的意义． 波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子 都存在波动性，宏观的物体也存在波动性，但波长太小， 无法观测． 3．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)德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出现 的概率受波动规律支配，不要以宏观观点中的波来理解 德布罗意波．
知，电子的物质波的波长比原子尺寸小得多，它的动量
应很大，即速度很大，选项 A 正确，选项 B 错误；
由信息“利用 X 射线或中子束得到晶体的衍射图 样”及发生衍射现象的条件可知，中子的物质波或 X 射 线的波长与原子尺寸相当，选项 D 正确，选项 C 错误．
答案：AD
(多选)如图实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的 有( )
难点 • 1.对光旳波 粒二象性 旳认识.
• 2.了解德布
知识点一 光的波粒二象性
提炼知识 1．光的本性． 光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光 电效应和康普顿效应表明光具有粒子性．即光具有波粒 二象性．
2．光子的能量和动量． h
(1)能量：ε＝hν，(2)动量：p＝__λ__．
3．意义：能量 ε 和动量 p 是描述物质的粒子性的重
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， 故 B 项错误；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 C 项正确，D 项错误．
当以光速运动时 λ2＝hp＝63.6×3×1018×0－534m＝4.42×10－ 43m，根据公式 p＝mv＝λh 可得 v＝mhλ＝460.06×3×101－09－×345 m/s＝3.31×10－28m/s.
答案：6.63×10－37 m 4.42×10－43 m 3.31×10－28 m/s
(3)麦克斯韦的电磁说：麦克斯韦认为光是一种电磁 波．赫兹证实了这一学说，干涉、衍射、偏振、真空中 的传播速度等，电磁波和光完全相同．
(4)爱因斯坦的光子说：在普朗克量子化的基础上提 出光的辐射也是一份一份的，不连续的，每一份光叫作 一个光子．成功地解释了光电效应现象，光子说并没有 否定电磁说．
(5)波粒二象性：光既具有波动性又具有粒子性，同 时具有波、粒二象性，能解释到目前为止所发现的任何 光现象．
2．对光的波粒二象性的理解．
• 光旳 波粒 二象 性Biblioteka • 光旳 波动 性•
试验基 础
•
体现
• 阐明
干涉和衍 射
• 1.光是一种概 • 1.光旳波动
率波，即光 性是光子
子在空间各 本身旳一
点出现旳可 种属性，
能性大小(概 不是光子
率)可用波动 之间相互
规律来描
作用产生
述．
旳．
•光 旳 粒 子
• 1.当光同物 质发生作用 时，这种作 用是“一份 一份”进行
解析：波动性越强越容易观察到明显的衍射和干涉， 电子的波长比光的波长更短，则不容易观察到明显的衍 射现象和干涉现象.故选 B.
答案：B
拓展二 对物质波的理解
1．物质波的提出． (1)1924 年，法国巴黎大学的德布罗意，在论文中把 光的波粒二象性推广到了实物粒子，用类比的方法，从 理论上预言了物质波的存在． (2)德布罗意认为：每一个运动的粒子都与一个对应 的波相联系．并且指出其能量、动量跟它对应的频率 ν、 波长 λ 的关系．ν＝εh ，λ＝hp.
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表现出粒子性
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，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，故 A 项错误；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，
【典例 1】 关于光的波粒二象性，下列说法中不正
确的是( ) A．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为
粒子性 B．光波频率越高，粒子性越明显 C．能量越大的光子其波动性越显著 D．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波
动性
解析：波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明 显，有时候表现出的波动性较明显，或者说在某种场合 下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下，光的波动 性表现明显．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表 现出波动性，A、D 说法正确；光的频率越高，能量越高， 粒子性相对波动性越明显，B 说法正确，C 说法错误．
(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．
温馨提示：(1)一切运动着的物体都具有波动性． (2)看到的宏观物体，其运动时，虽看不出它们的波 动性，但也有一个波长与之对应．只是，这个波长非常 小，难以观测到．
2.波长长 (频率低)旳 光波动性强， 而波长短 (频率高)旳 光粒子性强
1.光子说并未 否定波动 性．E＝hν＝ hc/λ中，ν和λ 就是波旳概念. 2.波和粒子在 宏观世界是不 能统一旳，而 在微观世界却 是统一旳
3.光子的能量与频率以及动量与波长的关系． ε＝hν，p＝hλ＝hλνν＝εc .
A．电子显微镜所利用的是，电子的物质波的波长比 原子尺寸小得多
B．电子显微镜中电子束运动的速度应很小 C．要获得晶体的 X 射线衍射图样，X 射线波长要 远小于原子的尺寸 D．中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当 解析：由题目所给信息“电子的物质波波长很短，
能防止发生明显衍射现象”及发生衍射现象的条件可
【典例】 (多选)为了观察晶体的原子排列，采用了
以下两种方法：(1)用分辨率比光学显微镜更高的电子显 微镜成像(由于电子的物质波波长很短，能防止发生明显 衍射现象，因此，电子显微镜的分辨率高)；(2)利用 X 射 线或中子束得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原 子排列．则下列分析中正确的是( )
2．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波长与晶体中原子间距相
近，已知中子质量 m＝1.67×10－27 kg，普朗克常量 h＝
6.63×10－34 J·s，可以估算德布罗意波波长 λ＝1.82×10
－10 m 的热中子动能的数量级为( )
A．10－17 J
B．10－19 J
A
B
C
D
解析：光的粒子性可通过碰撞和光电效应揭示．所 以 A、B 对．
答案：AB
光电效应、 旳，体现出 康普顿效应 粒子旳性
质．
• 1.粒子 旳含义 是“不 连 续”“ 一份一 份” 旳．
性
•
2．少许或个 别光子清楚 地显示出光 旳粒子性
•
2．光子 不同于 宏观观 念旳粒
• 波动性和 粒子性旳 对立、统 一
• •
1.大量光子 易显示波动 • 性，而少许 光子易显示 出粒子性.
小试身手 2．在历史上，最早证明了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 解析：1927 年，克林顿·戴维在贝尔实验室将电子射 向镍结晶，发现其衍射图谱和布拉格定律(这原是用于 X 射线的)预测的一样.从而证实了德布罗意波的存在. 答案：B