第三节粒子的波动性

第三节 粒子的波动性

学 习 目 标

※ 理解光的波粒二象性 知 识 导 图

知识点1 光的波粒二象性

1．光的本性

(1)19世纪初托马斯·杨、菲涅耳、马吕斯等分别观察到了光的__干预__、__衍射__和偏振现象。

(2)19世纪60年代和80年代，麦克斯韦和赫兹先后从理论上和实验上确认了光的__电磁波__本质。

(3)光电效应和康普顿效应提醒了光的__粒子性__。

(4)光的本性2．光子的能量和动量 (1)能量：ε＝__hν__； (2)动量：p ＝__h

λ__。

3．意义

能量ε和动量p 是描绘物质的__粒子__性的重要物理量；波长λ和频率ν是描绘物质的__波动__性的典型物理量。因此ε＝__hν__和p ＝__h λ__提醒了光的粒子性和波动性之间的亲

密关系。

知识点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波相联络，这种波被称为德布罗意波，也叫__物质__波。 2．物质波的波长和频率

波长公式λ＝__h p __，频率公式ν＝__ε

h __。

3．物质波的实验验证 (1)实验探究思路

干预、衍射是__波__特有的现象，假如实物粒子具有波动性，那么在一定条件下，也应该发生__干预__或__衍射__现象。

(2)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，得到了类似以下图的__衍射__图样，从而证实了电子的波动性。他们为此获得了1937年的诺贝尔物理学奖。

预习反响

『判一判』

(1)光的干预、洐射、偏振现象说明光具有波动性。(√) (2)光子数量越大，其粒子性越明显。(×)

(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子。(√) (4)一切宏观物体都具有波动性，即物质波。(√) (5)湖面上的水波就是物质波。(×)

(6)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性。(√) 『选一选』

(多项选择)(河北正定中学2021～2021学年高二下学期检测)波粒二象性是微观世界的根本特征，以下说法正确的有( AB )

A ．光电效应现象提醒了光的粒子性

B ．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性

C ．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释

D ．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等

解析：黑体辐射是光的反射问题，选项C 错误；动能相等的质子和电子，质子的动量大，由德布罗意波长公式λ＝h

p

知，质子的波长小，选项D 错误。

『想一想』

2021年6月30日，中国运发动苏炳添在2021钻石联赛巴黎站比赛中，以9.91s 的成绩再次追平了男子100m 亚洲记录。设苏炳添的质量约为75kg ，请计算他在100m 比赛时的德布罗意波长，并说明其波动性是否明显。

答案：8.76×10

－37

m ，波动性很不明显

解析：苏炳添100m 跑时对应的德布罗意波波长为

λ＝h p ＝h m v ＝6.63×10－

3475×

100

9.91m ≈8.76×10－37m 可见此波长极短，其波动性很难表现出来。 探究一 对光的本性的认识 S 考虑讨论i kao tao lun

1

曾有一位记者向物理学家诺贝尔奖获得者布拉格请教：光是波还是粒子？布拉格幽默地答道：“星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休息。〞那么光的本性到底是什么呢？你是如何理解的？

提示：光具有波粒二象性。

光既不同于宏观观念的粒子，也不同于宏观观念的波，但光既具有粒子性又具有波动性，粒子性和波动性都是光本身的属性。

G 归纳总结ui na zong jie

1．光学开展史

D 典例剖析

ian li pou xi

典例1以下有关光的波粒二象性的说法中，正确的选项是(C) 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

解题指导：在宏观现象中，波与粒子是对立的概念，而在微观世界中，波与粒子可以统一。光具有波粒二象性是指光在传播过程中和同其他物质作用时分别表现出波和粒子的特性。

解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干预、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说明，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，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响，所以其粒子性就很显著，应选项C正确，A、B、D错误。,

〔对点训练1〕人类对光的本性认识的过程中先后进展了一系列实验，如下图的四个示意图所表示的实验说明光具有波动性的是__ABD__，说明光具有粒子性的是__C__。

解析：C为光电效应实验，证明了光的粒子性；其余的三个实验均证明了光的波动性。

探究二对物质波的理解

S

考虑讨论

i kao tao lun 2

德布罗意认为任何运动着的物体均有波动性，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。

提示：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，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大，动量大，波长短，难以观测，而微观粒子如