第三节粒子的波动性
17.3 粒子的波动性 PPT课件 整理
I
54
U
1 2 mev = eU 电子加速 2 2 (mev ) = 2me eU h h λ= = p 2me eU 2 电子束在两晶面反射加强条件： 电子束在两晶面反射加强条件： d sin = kλ
h h λ= = 2me eU P
再由： 再由：
2d sin = kλ
31
U = 54V, me = 9.11 × 10
6.63 × 10 34
31 19
Kg
λ=
×1.6 × 10 × 54 180 50 电子衍射掠射角： 电子衍射掠射角： = = 650 2 镍单晶 d = 0.91×10 10 m, = 650
v=
ε
h
h λ= P
这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波， 这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也 叫物质波。 叫物质波。
二、德布罗意波（物质波）的实验验证 德布罗意波（物质波） 1、实物微观粒子的波动性 、
后来，大量实验都证实了：质子、中子和原子、 后来，大量实验都证实了：质子、中子和原子、分子等 实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布洛意关系。 实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布洛意关系。
1929诺贝尔物理学奖 诺贝尔物理学奖
L.V.德布罗意 L.V.德布罗意 电子波动性的理论 研究
1937诺贝尔物理学奖 诺贝尔物理学奖
C.J.戴维孙 戴维孙 通过实验发现晶体 对电子的衍射作用
电子显微镜
4.德布罗意波的实验验证 4.德布罗意波的实验验证
20-21版：17.3~17.5 粒子的波动性 概率波 不确定性关系（创新设计）
(1)物体 1 和物体 2 碰撞过程满足动量守恒。
(2)德布罗意波长 λ 与物体的动量 p、普朗克常量 h 之间的关系是 λ＝hp。
20
课前自主梳理
课堂互动探究
课堂小结
@《创新设计》
解析 由动量守恒定律 p2－p1＝(m1＋m2)v 及 p＝hλ，得λh2－λh1＝hλ，所以 λ＝λ1λ－1λ2λ2。
答案
λ1λ2 λ1－λ2
21
课前自主梳理
课堂互动探究
课堂小结
@《创新设计》
[针对训练 2] (2019·金华高二检测)(多选)频率为 ν 的光子，德布罗意波长为 λ＝hp，
能量为 E，则光的速度为( )
Eλ A. h
E
B.pE
C. p
h2 D.Ep
解析 根据 c＝λν，E＝hν，λ＝hp，即可解得光的速度为Ehλ或Ep。
14
课前自主梳理
课堂互动探究
课堂小结
@《创新设计》
光的波粒二象性的理解
[要点归纳] 1.大量光子产生的效果显示出波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性。 2.光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量。和其他物质相互作用时，粒
子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)， 由波动性起主导作用，因此称光波为概率波。 3.频率低、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著。 4.光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此ε＝ hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系。
质。 3.光电效应和康普顿效应揭示了光的 粒子性 。
2
课前自主梳理
课堂互动探究
课堂小结
@《创新设计》
高中物理 第17章 第3节 粒子的波动性课件 新人教版选修3-5
惠更斯 麦克斯韦 爱因斯坦
公认
光的直线 实验依据 传播、光
的反射
光的干涉、 衍射
能在真空中
传播，是横
光电效应 康普顿效
光既有波动现 象，又有粒子
波，光速等 于电磁波速
应
特征
内容要点
光是一群 光是一种机 弹性粒子 械波
光是一种电 磁波
光是பைடு நூலகம்有电磁
光是由一 份一份光
本性的物质，
子组成的 既有波动性又
有粒子性
年代 17世纪 17世纪 19世纪中 20世纪初 20世纪初
二、对光的波粒二象性的理解
光的波动性
光的粒子性
实验基础
干涉、衍射
光电效应、康普顿效应
含义
光的波动性是光子本身的一种属 性，它不同于宏观的波，它是一 种概率波，即光子在空间各点出 现的可能性大小(概率)可用波动 规律描述：(1)足够能量的光(大量 光子)在传播时，表现出波的性 质。(2)频率低，波长长的光，波 动性特征显著。
(海岳中学2014～2015学年高二下学期期中)人类对光的本 性认识的过程中先后进行了一系列实验，如图所示的四个示意 图所表示的实验说明光具有波动性的是________，说明光具有 粒子性的是________。
答案：ABD，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。
2．光子的能量和动量
(1)能量：ε＝__h_ν__； h
(2)动量：p＝___λ__。
3．意义
能量 ε 和动量 p 是描述物质的_粒__子__性的重要物理量；波长
λ 和频率 ν 是描述物质的_波__动__性的典型物理量。因此 ε＝__h_ν__ h
和 p＝___λ__揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系。
粒子的波动性 课件
德布罗意是第一个由于博士论文（提出的物质波的假 设）获得了诺贝尔奖。
法国物理学家，1929 年诺贝尔物理学奖获 得者，波动力学的创 始人，量子力学的奠 基人之一。
德布罗意原来学习历史，后来改学 理论物理学。他善于用历史的观点，用 对比的方法分析问题。
1923年，德布罗意试图把粒子性和 波动性统一起来。1924年，在博士论文 《关于量子理论的研究》中提出德布罗 意波,同时提出用电子在晶体上作衍射实 验的想法。
爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思 想的重大意义，誉之为“揭开一幅大幕 的一角”。
一个质量为m的实物粒子以速率v 运动时，即具有以能
量E和动量P所描述的粒子性，同时也具有以频率和波长
所描述的波动性。
德布罗意关系
E h ＝h P
如速度v=5.0102m/s飞行的子 弹，质量为m=10-2Kg，对应的 德布罗意波长为：
经典波的特征：频 率、波长即时空的 周期性
思考1:波和粒子是两种不同的研究对象,具有非常 不同的表现,那么,为什么对于光子、电子和质子 等粒子又能集它们于一身呢？
二、概率波
明纹处到达的光子数多， 暗纹到达的光子少
这是否可以认为，是光子 之间的相互作用使它表现 出了波动行，而不是光子 本身就具有波动性呢？
h 1.3 1025 nm
mv
太小测不到！
如电子m=9.110-31Kg，速 度v=5.0107m/s, 对应的德 布罗意波长为：
h 1.4 102 nm
mv
X射线波段
二.德布罗意波的实验验证
X 射线照在晶体上可以产 生衍射，电子打在晶体上也能 观察电子衍射。 1. 电子衍射实验1
1927年 C.J.戴维森与 G.P. 革末作电子衍射实验，验证电 子具有波动性。
选修3-5、17.3《 粒子的波动性》
一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？ 质量 m = 0.01kg，速度 v = 300 m/s 的子 弹的德布洛意波长为
计算结果表明，子弹的波长小到实验难以测量的 程度。所以，宏观物体只表现出粒子性。
一个质量为m 的实物粒子以速率v 运动时， 即具有以能量E 和动量P 所描述的粒子性， 同时也具有以频率γ 和波长λ 所描述的波动
电子射线经晶体的衍射图
德布罗意公式成为揭示微观粒子波－粒二 象性的统一性的基本公式，1929年，De Broglie 因发现电子波而荣获Nobel 物理学奖。
1929诺贝尔物理学奖
• L.V.德布罗意 • 电子波动性的理论
研究
1937诺贝尔物理学奖
• C.J.戴维孙 • 通过实验发现晶体
对电子的衍射作用
衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而
得到电子的衍射图样，如图2所示，已知电子质量为m，电荷量为e，初速度为
0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是
A.该实验说明了电子具有波动性
h
B.实验中电子束的德布罗意波长为λ＝ 2meU
AB
C.加速电压U越大，电子的衍射现象越明显
A.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 往往显示出粒子性
B.频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著 C.光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表
现出粒子性 D.光不可能同时具有波动性和粒子性
达标检测
1、下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是
C
A.有的光是波，有的光是粒子
粒子的波动性ppt课件
应用于密码学、化学模拟、优化问题等领域，如 实现大数因子分解、模拟化学反应过程、求解组 合优化问题等。
05
粒子波动性的实验验证
电子衍射实验
01
实验原理
电子衍射实验利用电子的波动性，通过晶体对电子的衍射作用来验证电
子的波动性。当电子通过晶体时，会受到晶体中原子的散射作用，形成
衍射图案。
02
粒子波动性在凝聚态物理、材料科学、化学等领域中具有重要的应用价 值，为解释和预测物质的性质和行为提供了理论支持。
它为开发新的电子器件、光电器件和量子计算技术等提供了理论指导和 技术支持。
粒子波动性的研究也为解决能源、环境、医疗等领域中的实际问题提供 了新的思路和方法。
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实验结果
通过中子衍射实验，可以观察到中子的衍射图案，从而验证中子的波动性。此外，还可以 通过测量衍射角度等参数来研究物质的结构和性质。
其他相关实验验证
粒子干涉实验
粒子干涉实验利用粒子的波动性，通过双缝干涉等方式来验证粒子的波动性。例如，电子双缝干涉实验可以 观察到电子的干涉现象，从而验证电子的波动性。
干涉实验装置
粒子干涉实验需要使用粒子源、分束器、反射镜、探测器 等装置，其中分束器是将粒子波分为两束或多束的关键部 件。
干涉实验结果
通过干涉实验可以观察到粒子的波动性，如双缝干涉实验 中可以观察到粒子通过双缝后形成的干涉条纹，这些条纹 的位置和间距与粒子的波长有关。
03
粒子波动性的数学描述
薛定谔方程
应用领域
广泛应用于生物学、医学 、材料科学等领域，如观 察细胞、病动性，通过分束、 反射和干涉等过程，实现对中子
波函数的操控和测量。
优点
粒子的波动性课件-(多场景)
粒子的波动性课件一、引言自古以来，人们对于物质的本质和组成一直充满好奇。
随着科学技术的不断发展，人们对于微观世界的认识逐渐深入。
量子力学作为现代物理学的基础，揭示了粒子的波动性，为我们理解物质的本质提供了新的视角。
本课件旨在介绍粒子的波动性，分析其产生原因、实验验证以及在实际应用中的重要性。
二、粒子的波动性1.波粒二象性在量子力学中，粒子具有波粒二象性，即既表现出粒子的特性，又表现出波的特性。
这一现象在微观世界中普遍存在，如电子、光子等。
粒子的波动性是指粒子在空间中表现出波动性质，如干涉、衍射等现象。
2.波函数波函数是描述粒子波动性的数学工具，用于表示粒子的状态。
波函数具有概率解释，即在某个位置和某个时间找到粒子的概率密度。
波函数的模平方表示粒子在该位置的概率密度。
3.薛定谔方程薛定谔方程是量子力学的基本方程，描述了波函数随时间的演化。
通过求解薛定谔方程，可以得到粒子的波函数，从而了解粒子的状态和性质。
三、粒子的波动性实验验证1.电子衍射实验1927年，克林顿·戴维森和雷斯特·革末在美国贝尔实验室进行了电子衍射实验。
他们用电子束照射晶体，观察到了电子的衍射图样。
这一实验证明了电子具有波动性，为量子力学的波粒二象性提供了直接证据。
2.中子衍射实验20世纪30年代，詹姆斯·查德威克和奥托·弗里施进行了中子衍射实验。
他们发现，中子在与晶体相互作用时，也会表现出衍射现象。
这一实验进一步证实了粒子的波动性，并推动了量子力学的发展。
3.光电效应光电效应是指光照射金属表面时，金属表面的电子被激发并逸出。
爱因斯坦提出了光量子假说，认为光子具有粒子性质，能够将能量传递给电子。
这一理论解释了光电效应，并为量子力学的发展奠定了基础。
四、粒子的波动性在实际应用中的重要性1.半导体器件半导体器件的原理基于电子的波动性。
在半导体材料中，电子的运动受到周期性势场的影响，表现出波动性。
这种波动性使得电子在半导体中能够发生干涉、衍射等现象，从而实现器件的功能。
03 粒子的波动性
定态薛定谔方程
1933年诺贝尔物 理学奖获得者
2 2 2 8 π 2 m 2 2 2 ( E Ep ) 0 2 x y z h
二. 粒子波动性的物理意义
二象性 要求将“波”和“粒子”两种对立的属性 统一到同一物体上 . 玻恩“概率波”说： 1926年，玻恩通过自己的研究对 波函数的物理意义作出了统计解释 ， 即波函数的二次方代表粒子出现的几 率取得了很大的成功。 获1954年诺 贝尔物理学奖。 波函数 Ψ ( r , t ) 的物理意义：
2 | Ψ (r , t ) | ——
t
时刻，粒子在空间
r
处的单
位体积中出现的概率，又称为概率密度
电子衍射实验对概率波的说明
电 子 双 缝 干 涉 图 样 出现概率小 出现概率大
电子数 N=20000 N=7 N=100 N=3000 N=70000
单个粒子在哪一处出现是偶然事件； 大量粒子的分布有确定的统计规律。
3 实物粒子的波动性
一. 粒子的波动性——德布罗意假设 1924年31岁的法国物理学家 德布罗意引入物质波的概念，指 出电子不仅是粒子，也是波。
由于电子波动性的理论研究而获得1929年诺 贝尔物理学奖
波动性 ( , v)
光 实物粒子
粒子性 (m , p)
+
+ +
？ 假设: 实物粒子具有 波粒二象性。
E E 2 E E 2
寿命△t
E
光辐射
基态
激发态 平均寿命 能级宽度 基态 平均寿命
△ t ~ 10-8 s
E ~ 108 eV 2t
△t ∞
能级宽度
△E 0
E h
粒子的波动性 课件
h λ
揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系．
二、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． 2．物质波的波长、频率关系式：λ＝hp，ν＝hε .
三、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样，证实了电子的波 动性．
B．E＝hcλ，p＝hc2λ D．E＝hλc，p＝hλ
【解析】
根据E＝hν，且λ＝
h p
，c＝λν可得X射线每个光
子的能量为：E＝hλc，每个光子的动量为：p＝hλ.
【答案】 D
名师点拨 本题内容主要涉及三个公式的转化和灵活应 用，光子能量的计算公式：E＝hν，德布罗意波长公式：λ＝ hp，波速、频率和波长三者之间的关系：c＝λν.
第三节 粒子的波动性
一、光的波粒二象性 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
(1)能量：ε＝hν；
(2)动量p＝hλ.
3．意义
能量ε和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ
和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量．因此ε＝hν和p＝
答案 C
二、德布罗意波的理解和计算 【例2】 2002年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科 学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X射线源．X射 线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为λ，以h表示 普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分别表示X射线每 个光子的能量和动量，则( )
粒子的波动性课件ppt
用晶体做电子束衍射实验→ ↓
质子、中子、原子、分子 波动性的证实 ↓
德布罗意波的存在及在相应 波动关系的正确性
戴维孙实验 汤姆孙实验 实验结果展示
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
研究光的方向
↓
研究实物粒子（电子、质子等）的方向
↓ 提出德布罗意波（物质波）
遵从关系： v
h
h p
3、科学家们是通过什么途径去验证德布罗 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 意波的存在的呢？此途径的障碍是什么？最 终是如何解决的？
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
托马斯·杨→双缝干涉
} 菲 涅 耳 → 光的衍射
光具有波动性
} 爱因斯坦 → 光电效应 } 光具有粒子性
康 普 顿→康普顿效应
结论：光具有波粒二象性
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
解：由德布罗意波长的表达式得：
h p1 60 .6 2 36 1 10 1 0 33 4m6.6261034m
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
宏观粒子观察不到衍射等现象，是因为宏观 粒子波长太小，很难满足波衍射的条件。
高中物理-粒子的波动性
2．关于光的波粒二象性下列说法正确的是( ) A．光子说完全否定了波动说 B．光波频率越高，波动性越明显 C．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动 性 D．光的波粒二象性是指光和经典的波和微粒都很相似
解析：选 C 光子说的确立，没有完全否定了波动说， 而是使人们对光的本性认识更完善，光既有波动性，又有粒 子性，光具有波粒二象性，故 A 错误；光波频率越高，波长 越短，粒子性越明显，故 B 错误；光具有波粒二象性，个别 光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性，故 C 正确； 光具有波粒二象性，但与宏观概念中的波相同而与微观概念 中的粒子完全不相同，故 D 错误．
|对点训练| 3．(多选)关于物质波，下列认识中错误的是( ) A．任何运动的物体都与一个对应的波相联系，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：选 BD 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．
波
光是 一种 电磁 波
电磁本性 光是由一
的物质，既 份一份光
有波动性 子组成的
又有粒子
性
2.对光的波粒二象性的理解
实验基 础
表现
说明
光
(1)光子在空间各点 (1)光的波动性是 出现的可能性大小 光子本身的一种属
的
可用波动规律来描
波
干涉和 述． 衍射 (2)足够量的光在传
粒子的波动性
德布罗意假说提出背景
经典物理困境
在经典物理学中，波和粒子是两种完全不同的概念，无法统一解释黑体辐射、光 电效应等现象。
德布罗意假设
为了解释这些现象，德布罗意提出了物质波的概念，认为所有粒子都具有波动性 ，其波长与粒子的动量成反比。
电子衍射等现代实验技术
电子衍射实验
通过电子束照射晶体或非晶态物质， 观察到衍射图案，证明了电子具有波 动性。
量子力学基本原理概述
量子力学是研究微观粒子运动规 律的物理学分支；
量子力学的基本原理包括波粒二 象性、测不准原理、量子态叠加
原理等；
量子力学用波函数来描述粒子的 状态，波函数的模平方给出粒子
在特定位置被发现的概率。
波函数与概率密度解释
波函数是描述粒子状态的复数函数， 其模平方给出粒子在空间的概率分布 ；
04
粒子波动性应用举例
电子显微镜工作原理
01
02
03
波粒二象性
电子具有波粒二象性，其 波动性使得电子可以发生 衍射、干涉等现象，这是 电子显微镜工作的基础。
电子波长
电子的德布罗意波长比可 见光短得多，因此电子显 微镜的分辨率远高于光学 显微镜。
电子枪与电磁透镜
电子显微镜通过电子枪发 射电子，并利用电磁透镜 对电子束进行聚焦和成像 。
重要实验
验证粒子波动性的重要实验包括电子衍射实验、中子干涉实 验、光子反冲实验等。这些实验证实了粒子具有波动性，为 量子力学的发展提供了有力支持。
02
粒子波动性实验证据
光电效应实验介绍
实验原理
光电效应是指光子与物质相互作用， 使得物质吸收光子能量后释放出电子 的现象。
实验装置
实验结果
观察到光照射到物质表面时，物质会 释放出电子，且释放出的电子能量与 光子的频率有关，而与光强无关。
人教版高中物理选修3-5第17章第3节粒子的波动性(共27张PPT)
解析：选C.光同时具有波动性和粒子性，只是 在有的情况下波动性更显著，有的情况下粒子 性更显著．波长越长，波动性就更显著，粒子 性就越不明显，波长越短，粒子性就更显著， 波动性就越不明显，只有C选项正确．
变式训练2 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察到是因为
他认为，“整个世纪以来（指19世纪） 在光学上,与波动方面的研究相比，忽视 了粒子方面的研究;而在实物粒子的研究 上，是否发生了相反的错误呢？是不是 德布罗意法国物理 我们把粒子方面的图象想得太多，而忽 学家，1929年诺贝尔 略了波的现象” 物理学奖获得者，波
动力学的创始人，量 他提出假设:实物粒子也具有波动性
1、光学显微镜的原理 使用无限远光学系统的显微镜主要由物
镜、管镜和目镜组成。标本经物镜和管镜放 大后，形成放大倒立的实象；实象经目镜再 次放大后，形成放大的虚象。
2、电子显微镜的原理 电子显微镜是根据电子光学原理，用电子
束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质 的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪 器。
物质波的理解与计算
例2 一质量为450 g的足球以10 m/s的速度在空 中飞行；一个初速度为零的电子，通过电压为 100 V的电场加速．试分别计算它们的德布罗意 波长．其中，电子质量为9.1×10－31 kg，普朗 克常量h＝6.63×10－34 J·s.
物体的动量 p＝mv，其德布罗意波长λ＝h＝ h . p mv
X射线衍射
电子衍射
微观粒子具有波粒二象性的理论得到了公认。电子衍射、中
子衍射、原子和分子束在晶体表面散射所产生的衍射实验都获得 了成功。
粒子的波动性 课件
(5)对于光，先有波动性(即ν和λ)，再在量子理论中引入 光子的能量ε和动量p来补充它的粒子性。反之，对于实物粒 子，则先有粒子概念(即ε和p)，再引入德布罗意波(即ν和λ)的 概念来补充它的波动性。不过要注意这里所谓波动性和粒子 性，仍然都是经典物理学的概念，所谓补充仅是形式上的。 综上所述，德布罗意的推想基本上是爱因斯坦1905年关于光 子的波粒二象性理论(光粒子由波伴随着)的一种推广，使之包 括了所有的物质微观粒子。
(2)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。
(3)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。
(4)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。
(3)波动性和粒子性的对立统一： ①光子说并未否定波动性，E＝hν＝hcλ中，ν 和 λ 就是波的 概念。 ②波和粒子在宏观世界中是不能统一的，而在微观世界中 却是统一的。 [名师点睛] 光既表现出波动性又表现出粒子性，要从微 观的角度建立光的行为图案，认识光的波粒二象性。
(1)物质的分类：物理学中把物质分为两类，一类是分 子、原子、电子、质子及由这些粒子组成的物质；另一类 是场，像电场、磁场、电磁场这种看不见的，不是由实物 粒子组成的，而是一种客观存在的特殊物质。
粒子的波动性
1．光的波粒二象性 (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：
高中物理课件-第三节 粒子的波动性
一、光的本质： 光具有波粒二象性。
①大量光子产生的效果波动性显著； 少量光子产生的效果粒子性显著
②频率低、波长长的光，波动性显著； 频率高、波长短的光，粒子性显著
一、光的本质：
光具有波粒二象性。
实物粒子
非实物粒子
一根粉笔、一个皮球、一个人、一辆车、一架飞机…….？
光这种非实物粒子既有波的性质，又有粒子的性质， 那粉笔、皮球、人、车、飞机…….这种实物粒子呢？
三、物质波的实验验证：波的特性：干涉和衍射现象
戴维孙
通过实验发现晶体 对电子的衍射作用
X射线穿过铝箔 后的衍射图样
电子束穿过铝箔 后的衍射图样
【例1】试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意 波的波长。
解：估计一个中学生的质量m≈50kg ，百米跑时 速度v≈7m/s ，则
h 6.63 10 34 m 1.9 10 36 m
有粒子的性质？ 有波的性质？
二、德布罗意的假设：实物粒子也具有波动性
也即每一个运动的物体都与一个对应的波相联系
E h 推广光到具实有物波粒粒子二（象电性子，、德质布子罗、P意小把球波、粒人h二等象任性意
德运布动罗着意的本物人体评）价：
“没有科学特征的狂想曲”。 爱因斯坦追评：
结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难 表现出其波动性。
BD
白导P18T4、5、
T4衍射
红光的衍射图样
X射线穿过铝箔 后的衍射图样
白光的衍射图样
白导P18T6
T4干涉
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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 ＝__hλ__。
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＝__εh __。
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＝hp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：8.76×10－37m ，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 ＝6.63×10－3475×1009.91m ≈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 lun1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 jie1．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，而微观粒子如电子、质子、中子以及原子、分子的波动性为宏观物体具有波动性奠定了事实根底。
G 归纳总结ui na zong jie1．德布罗意波 频率：ν＝εh波长：λ＝hpε、p 分别为实物粒子的能量和动量。
这种波称为德布罗意波，也叫物质波。
2．对德布罗意物质波的理解(1)任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都具有波动性。
由于宏观物体的波长太小，其波动性不易观察到。
(2)物质波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率服从波动规律。
不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波。
(3)德布罗意假说是光的波粒二象性的推动，实物粒子和光子都既具有粒子性，又具有波动性。
与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的是物质波。
D 典例剖析ian li pou xi典例2 质量为10g ，速度为300m/s 在空中飞行的子弹，其德布罗意波波长是多少？为什么我们无法观察出其波动性？假如可以用特殊的方法观察子弹的波动性，我们是否能看到子弹上下或左右颤抖着前进，在空间中描绘出正弦曲线或其他周期性曲线？为什么？解题指导：认为运动物体将做曲线运动是容易出现的错误，以宏观观念的波来理解德布罗意波是错误的根源，德布罗意波是一种概率波，在一般情况下不能用确定的坐标描绘粒子的位置，无法用轨迹描绘粒子的运动，但是粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不是粒子将做曲线运动，不能将物质波与宏观意义上的机械波相混淆，物质波的本质是指粒子在空间的分布的概率是受波动规律支配的，它与机械波有着本质的区别，更不能将粒子的运动轨迹与波动性联络在一起。
解析：根据德布罗意的观点，任何运动着的物体都有一种波和它对应，飞行的子弹必有一种波与之对应，由于子弹的德布罗意波长极短，我们不能观察到其衍射现象，由于德布罗意波是一种概率波，仅是粒子在空间出现的概率遵从波动规律，而非粒子做曲线运动。
由波长公式可得λ＝h p ＝ 6.63×10－3410×10－3×3×102m ＝2.21×10－34m 。
因为子弹的德布罗意波长太短，无法观察到其波动性。
不会看到这种现象，因德布罗意波是一种概率波，粒子在空间出现的概率遵从波动规律，而非宏观的机械波，更不是粒子做曲线运动。
,〔对点训练2〕以下说法中正确的选项是(C)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，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波和它对应，这种波叫物质波D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干预现象，所以宏观物体运动时不具有波动性解析：物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不同，宏观物体也具有波动性，只是干预、衍射现象不明显而已，故只有C对。
易错点：不能正确认识运动物体的波动性案例一位战士在实战训练时子弹脱靶，在分析脱靶的原因时，突然想起德布罗意波长公式后，确认未击中的原因可能与子弹的波动性有关，这是失误的理由吗？易错分析：只知实物粒子具有波动性，不会详细问题详细分析。
对于宏观物体子弹来说，物质波波长仅为10－34m左右，因为波长越长衍射现象越显著，动量大的子弹的波动性忽略不计仍沿确定的轨道运动，所以未沿击中靶的抛物线运动，原因是未瞄准。
正确解答：德布罗意波长λ＝hp远远小于子弹自身的线度，波长越短，衍射本领越小。
对于子弹来说无法观察到它的波动性，子弹具有确定的轨道，宏观物体子弹脱靶的原因与波动性无关，不是产生失误的理由。
正确答案：不是1．(河北省保定市2021～2021学年高二下学期期中)假如一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，那么它们的以下物理量也相等的是(C)A．速度B．动能C．动量D．总能量解析：根据德布罗意波长公式，假设一个电子的德布罗意波长和一个中子的波长相等，那么动量P也相等，故C正确，A、B、D错误。
2．(新疆昌吉市一中教育共同体2021～2021学年高二物理期末)在验证光的波粒二象性的实验中，以下说法正确的选项是(A)A．使光子一个一个地通过狭缝，如时间足够长，底片上将会显示衍射图样B．单个光子通过狭缝后，底片上会出现完好的衍射图样C．光子通过狭缝的运动道路像水波一样D．光的粒子性是大量光子运动的规律解析：在宏观世界里找不到既有粒子性又有波动性的物质，个别或少数光子表现出光的粒子性，大量光子表现出光的波动性，假如时间足够长，通过狭缝的光子数也就足够多，粒子的分布遵从波动规律，底片上将会显示出衍射图样，A 正确；D 错误；单个光子通过狭缝后，途径是随机的，底片上不会出现完好的衍射图样，BC 错误。
3．(江西省南康中学2021～2021学年高二下学期期中)现用电子显微镜观测线度为d 的某生物大分子的构造，为满足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为dn ，其中n >1，普朗克常量h 、电子质量m 和电子电荷量e ，电子的初速度不计，那么显微镜工作时电子的加速电压应为( D )A ．n 2h 2med 2B ．(nd 2h 2n 2e 3)13C ．d 2h 22men 2D ．n 2h 22med 2解析：由德布罗意波长λ＝h p 知，p 是电子的动量，那么p ＝m v ＝2meU ，而λ＝dn ， 代入得U ＝n 2h 22med 2。