粒子的波动性 课件

例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，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．
综上所述，本题正确答案为选项C.
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．
变式 迁移
1．关于光的本性，下列说法中正确的是( )
A．关于光的本性，牛顿提出“微粒说”，惠更斯提 出“波动说”，爱因斯坦提出“光子说”，它们都说明了 光的本性
看看它实现衍射所需要的条件，对质量为 1 g、速度为 1 cm/s 的
物体来说，它的波长为
λ＝1
h g×1
cm/s＝6.6×10－27
cm.
这么小的波长，比宏观物体的尺度小得多，根本无法观 察到它的波动性．而一个原来静止的电子，在经过 100 V 电 压加速后，德布罗意波长约为 0.12 nm，因此有可能观察到电 子的波动性．
B．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概 念上的波，也可以看成微观概念上的粒子
C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效 应说明光具有粒子性
变式 迁移
D．光的波粒二象性将牛顿的波动说和惠更斯 的粒子说真正有机地统一起来
答案：C
2 物质波
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，也叫物质波．
Байду номын сангаас
变式 迁移
2．(双选)关于物质波，以下说法正确的是( ) A．任何运动物体都具有波动性 B．湖面上形成的水波就是物质波 C．通常情况下，质子比电子的波长长 D．核外电子绕核运动时，并没有确定的轨道
变式 迁移
解析：任何运动物体都具有波动性，选项 A 正确； 湖面上形成的水波是机械波而不是物质波，选项 B 错 误；电子的动量比质子的动量往往要小一些，由 λ＝hp 知，电子的德布罗意波波长要长，选项 C 错误；由于 电子的波动性，核外电子绕核运动不可能有确定的轨 道，选项 D 正确．
3．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 了电__子__衍__射__图__样____ ， 从 而 证实了电子的____波__动__性________．
1 光的波粒二象性
(2)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，从而证实了电子的 波动性．他们为此获得了 1973 年的诺贝尔物理学奖．
例2 (双选)关于物质波，下列认识中错误的是( ) A．任何运动的物体(质点)都伴随一种波，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．宏观物体尽管可以看作物质波，但它们不具有干涉、 衍射等现象
_普__朗__克__常__量__h_联系在一起的． (3)能表明光具有波动性的现象有干_涉__、__衍__射__等___；能
表明光具有粒子性的事实有
__光__电__效__应__、__康__普__顿__效__应__等____．
2．粒子的波动性．
法 国 物 理 学 家德__布__罗__意__ 提 出 ， 实 物 粒 子 也 具 有
1．光的波粒二象性的特征． (1)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＝hν. (3)光子的动量：p＝hλ. 注：物理量 ε 和 p 描述光的粒子性，物理量 ν 和 λ 描述光的波动 性，h 架起了粒子性与波动性的桥梁．
2．光的波动性与粒子性的统一．
(1)大量光子产生的效果显示出波动性，比如干涉、衍射现 象中，如果用强光照射，在光屏上立刻出现了干涉、衍射条 纹，波动性体现了出来；个别光子产生的效果显示出粒子 性．如果用微弱的光照射，在屏上就只能观察到一些分布毫 无规律的光点，粒子性得到充分体现；但是如果微弱的光在 照射时间加大的情况下，在感光底片上的光点分布又会出现 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依据．
2．波的频率：ν＝hε ； 波的波长：λ＝hp. 注：ε 为粒子的能量，p 为粒子的动量．
3．物质波的实验验证．
(1)验证物质波是否存在的思路．
人们知道，干涉、衍射是波动性质的特有表现．如果实物粒
子具有波动性的话，在一定条件下，也该发生衍射现象．为了证
实粒子具有波动性质，我们先估计一下实物粒子波长的数量级，
__波__动__性__ ， 即 每 一 个 运 动 的 粒 子 都 与 一 个 对 应 的
____波____相联系，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，满足ν＝
_______hε_，λ＝_______hp_关系．这种与实物粒子相联系的
波称为________德__布__罗__意，波也叫作_______物_．质波
(2)光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动 量．
(3)光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特 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．
(4)对不同频率的光，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．
(5)光在传播时体现出波动性，在与其他物质相互作用时体 现出粒子性．
解析：根据德布罗意物质波理论知，任何一个运动的 物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波 与之相对应，这种波就叫物质波，可见，A选项是正确 的；由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X 射线的衍射现象并不能证实物质波理论的正确性，即B 选项错误；电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明 运动着的实物粒子具有波动性，故C选项是正确的；由 电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落 位置是散乱的、无规律的，但大量电子穿过铝箔后落的 位置则呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出
电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波， 都会发生干涉、衍射现象，故选项D错误．综合以上分析 知，本题应选B、D.
答案：BD 名师点评：(1)物质波理论上是说任何一个运动的物体 (如实物粒子等)都具有波动性，即其行为服从波动规律． (2)物质波理论告诉我们，任何微观粒子都既具有粒子 性又具有波动性，即与光一样，也具有波粒二象性．波粒 二象性是光子、电子、质子等微观粒子都具有的基本属 性．
粒子的波动性
1．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．
h (2)光子的能量ε＝___h_ν____，动量p＝____λ ____.能量ε 和动量p是描述光的___粒__子__性_的物理量，频率ν和波长λ是 描 述 光 的 ____波___动_性的 物 理 量 ． 光 的 波 粒 二 象 性 是 通 过
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光接 收装置的反应，所以其粒子性就很显著．
综上所述，光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体，相互间 并不是独立的．
3．从微观的角度理解光的波动性和粒子性． 光既表现出波动性又表现出粒子性，很难用宏观世界的观念来认 识，必须从微观的角度建立起光的行为图景．认识光的波粒二象性， 需要明确的是：爱因斯坦光子说中的“粒子”和牛顿微粒说中的“粒 子”是两个完全不相同的概念；同样，麦克斯韦电磁说中的“波”与 惠更斯波动说中的“波”也是不同理论领域中完全不同的概念，其本 质区别在于微观世界的认识论与宏观世界的认识论的区别．
答案：AD