人教版高中物理选修粒子的波动性
粒子的波动性—人教版高中物理选修课件
17.3 粒子的波动性—人教版高中物理选修3- 5 课件(共22张PPT)
(2)、德布罗意关系式：
一个能量为E、动量为 p 的实物粒
子同时具有波动性，动量为 P 的粒子
波长：
h
P
h
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
这种与实物粒子相联系的波后来 称为徳布罗意波，也叫物质波。
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．
h
P 频率:
为德布罗意波长，h为普朗 克常量，p为粒子动量。
h
这种与实物粒子相联系的波后来 称为德布罗意波，也叫物质波。
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阅读科学漫步
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。
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例1.(多选)光的波粒二象性的理解正确是( ) A．大量光子的行为往往表现出波动性，个别光 子的行为往往表现出粒子性 B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转 变成粒子 C．高频光是粒子，低频光是波 D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动 性显著，有时它的粒子性显著
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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。
人教版高中物理选修3-5课件：17-3粒子的波动性 (共53张PPT)
【规范解答】
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． 虽然光子与电子都是微观粒子，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．
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(如图所示)，并未感到它的波动性．你如何 理解该问题？请与同学交流自己的看法． 提示：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．
3．为什么德布罗意波观点很难通过实验验证？又是在怎样 的条件下使实物粒子的波动性得到了验证？ 提示：因为宏观物体对应的德布罗意波的波长很短，所以 通常情况下，我们很难观察到其波动性；而当一个原来静止的 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.
要点二 对物质波的理解
1.物质的分类 (1)由分子、原子、电子、质子及由这些粒子组成的物质； (2)“场”也是物质，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．
2．物质波的普遍性 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．分析求解物质波问题的方法 (1)根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式 p＝mv. h (2)根据德布罗意波长公式λ＝ p求解．
2．光子的能量和动量 (1)能量：e＝ hν ；
h (2)动量：p＝ λ
人教版高中物理选修3-5 第17章 第3节 粒子的波动性(共45张PPT)
(2)德布罗意是一种概率波,粒子在空间各处出现的概率受到 波动规律的支配,不要以宏观观点中的波（机械波）来理 解德布罗意波.
第12第页1共2页42 页
(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,即光子和实物粒子都具有粒子性,又都 具有波动性,与光子对应的是电磁波,与实物粒子对应的波 是物质波.
④光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时
往往表现为粒子性。
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二､粒子的波动性 1.物质波
波
德布罗意 (due de Broglie, 1892-1960)
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。
第7页第共7页42 页
答案:(1)4.0×10-10 m 6.63×10-35 m
第34第页3共4页42 页
1.对光的行为,下列说法正确的是( ) A.个别光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表
现为波动性
B.光的波动性是光的一种特性,不是光子之间的相互 作用引起的
C.光表现出波动性时,就不具有粒子性了,光表现出 粒子性时,就不具有波动性了
毒样貌
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人类对于光的认识历程
能量量子化 普朗克
德布罗意： 粒子和波这两种观点应该以某种方式统一
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父子诺贝尔奖——汤姆逊
J.J.汤姆逊 1856-1940 1906年,汤姆逊由于发现电 子和对气体放电理论和实验 做出了重大贡献获得诺贝尔 物理学奖。
是粒子.虽然光子和电子都是微观粒子,都具有波粒 二象性,但电子是实物粒子,有静止的质量;光子不 是实物粒子,没有静止的质量,电子是以实物粒子存 在的物质,而光子是以场的形式存在的物质,所以不 能说光子和电子是同样的一种粒子,大量光子的行 为往往表现出波动性,
人教版高中物理选修3-5课件 17 粒子的波动性课件
说明：除从光源（如太阳、电灯等）直接发出的光以外， 我们通常看到的绝大部分光都是不同程度的偏振光.
4.偏振光的产生方 式
人民教育出版社 高二 |选修3-5
如图所示，偏振片P称为起偏器，自然光通过P后成为 偏振光，偏振片Q称为检偏器，沿垂直于光的传播方 向旋转Q，光屏上光的强度发生周期性变化，透振方
A.人从右侧向左看，可以看到 彩色条纹
B.人从左侧向右看，可以看到 彩色条纹
C.彩色条纹水平排列 D.彩色条纹竖直排列
劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如 下图(甲)所示．将一块平板玻璃放置 在另一平板玻璃之上，在一端夹入两 张纸片，从而在两玻璃表面之间形成 一个劈形空气薄膜．当光垂直入射后 ，从上往下看到的干涉条纹如下图(乙 )所示，干涉条纹有如下特点：
②自然光射到两种介质的交界面上,如果光入射的方
向合适,使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时,
反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向相互垂直.
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例.(全国理综卷Ⅱ)如图所示，P是一偏振片，P的透振
方向（用带有箭头的实线表示）为竖直方向.下列四种
入射光束中，哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透
是D
A.前窗玻璃的透振方向是竖直的,车灯玻璃的透振方向是水平的 B.前窗玻璃的透振方向是竖直的,车灯玻璃的透振方向是竖直的 C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°,车灯玻璃的透振方向是 斜向左上45° D.前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°
人民教育出版社 高二 |选修3-5
例.抽制细丝时可用激光监控其粗细，如图所示，激光 束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板上的一条同 样宽度的窄缝的规律相同.下列说法正 确的是( BD) A.这是利用光的干涉现象 B.这是利用光的衍射现象 C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝粗了 D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝细了
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最新人教版高中物理选修3-5：17.3 粒子的波动性 知识点总结及课时练习
3粒子的波动性记一记粒子的波动性知识体系1想波动性——干涉和衍射2看粒子性——光电效应和康普顿效应3记物质波——ν＝εhλ＝hp辨一辨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．(√)4．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．(×)5．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．(×)6．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．(√)想一想1.认识光的波粒二象性，应从微观角度还是宏观角度？提示：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象，认识光的波粒二象性．2．光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子，这句话正确吗？提示：不正确．其原因是没有真正理解光的波粒二象性．事实上，光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性，并不是有的光是波，有的光是粒子．3．你能算一下你自己的物质波波长吗？提示：利用λ＝hp来计算．思考感悟：练一练1.电子显微镜的最高分辨率高达0.2 nm，如果有人制造出质子显微镜，在加速到相同的速度情况下，质子显微镜的最高分辨率将()A．小于0.2 nm B．大于0.2 nmC．等于0.2 nm D．以上说法均不正确解析：显微镜的分辨能力与波长有关，波长越短其分辨率越高，由λ＝hp知，如果把质子加速到与电子相同的速度，因质子的质量更大，则质子的波长更短，分辨能力更高．答案：A2．(多选)人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是() A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波D．光具有波粒二象性解析：牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，显然选项A错；干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，选项B 正确；麦克斯韦根据光的传播不需要介质，以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等从而认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，选项C正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，选项D正确．答案：BCD3．(多选)下列说法正确的是()A．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，所以我们可以说光具有波粒二象性B．一个电子和一个质子具有相同的动能时，因为电子的质量比质子的小，所以电子的动量就小C．一个电子和一个质子具有相同的动能时，电子的德布罗意波长比质子的小D．一个电子和一个质子具有相同的动能时，电子的德布罗意波长比质子的大解析：光既具有波动性，又具有粒子性，说明了光具有波粒二象性，选项A正确；一个电子和一个质子具有相同的动能时，动量和动能的关系式为p＝2mE k，由于电子的质量比质子的质量小，可知电子的动量小，选项B正确；又由λ＝hp知电子的动量小，其德布罗意波长应比质子的德布罗意波长大，选项C错误，选项D正确．答案：ABD4．实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现粒子性的是()A．电子束通过双缝后可以形成干涉图样B．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关C．人们用慢中子衍射来研究晶体的结构D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构解析：电子束通过双缝后可以形成干涉图样，说明电子具有波动性，故A错误；光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，光电效应说明光具有粒子性，故B正确；用慢中子衍射来研究晶体的结构，说明中子可以产生衍射现象，说明具有波动性，故C错误；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，说明电子可以产生衍射现象，说明具有波动性，故D错误．故选B.答案：B要点一人类对光的本性的认识1.[2019·河北衡水期末](多选)关于实物粒子的波粒二象性，下列说法正确的是()A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微观粒子都具有波粒二象性B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，没有特定的运动轨道C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观现象中是统一的D．实物粒子的运动有特定的轨道，所以实物粒子不具有波动性解析：德布罗意在爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的概念，认为一切运动的物体都具有波粒二象性，故A正确，D错误；运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道，B正确；波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观现象中是统一的，故C正确．答案：ABC2．对于光的波粒二象性的说法，正确的是()A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子B．光波与机械波是同样的一种波C．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性解析：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性，当光和物质作用时，是“一份一份”的，表现出粒子性；单个光子通过双缝后在空间各点出现的可能性可以用波动规律描述，表现出波动性．粒子性和波动性是光子本身的一种属性，光子说并未否定电磁说．综上所述，A、B、C错误，D正确．答案：D3．关于光的波粒二象性，下列理解正确的是()A．当光子静止时有粒子性，光子传播时有波动性B．光是一种宏观粒子，但它按波的方式传播C．光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可以用波动规律来描述D．大量光子出现的时候表现为粒子性，个别光子出现的时候表现为波动性解析：光子是不会静止的，大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，故A、D错误；光子不是宏观粒子，光在传播时有时看成粒子有时可看成波，故B错误；光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可以用波动规律来描述，故C 正确．答案：C要点二 对物质波的理解4.影响显微镜分辨本领的一个因素是波的衍射，衍射现象越明显，分辨本领越低．利用电子束工作的电子显微镜有较高的分辨本领，它利用高压对电子束加速，最后打在感光胶片上来观察显微图象．以下说法正确的是( )A ．加速电压越高，电子的波长越长，分辨本领越强B ．加速电压越高，电子的波长越短，衍射现象越明显C ．如果加速电压相同，则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领强D ．如果加速电压相同，则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领弱解析：设加速电压为U ，电子电荷量为e ，质量为m ，则E k ＝12m v 2＝eU ＝p 22m ，又p ＝h λ，故eU ＝h 22mλ2，可得λ＝h 22emU .对电子来说，加速电压越高，λ越短，衍射现象越不明显，故A 、B 错．电子与质子比较，因质子质量比电子质量大得多，可知质子加速后的波长要短得多，衍射现象不明显，分辨本领强，故C 对，D 错．答案：C5．现用电子显微镜观测线度为d 的某生物大分子的结构，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d n ，其中n >1，已知普朗克常量h ，电子质量m 和电子电荷量e ，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为( )A.n 2h 2med 2 B ．(md 2h 2n 2e 3)13C.d 2h 22men 2D.n 2h 22med 2解析：电子的动量p ＝m v ＝2meU ，而德布罗意波长λ＝h p ＝d n ，代入得U ＝n 2h 22med 2.故正确选项为D.答案：D6．[2019·海口月考]一个质量为m 、电荷量为q 的带电粒子，由静止开始经加速电场加速后(加速电压为U)，该粒子的德布罗意波长为()A.h2mqU B.h2mqUC.h2mqU2mqU D.hmqU解析：设带电粒子加速后的速度为v，根据动能定理可得qU＝12m v2所以v＝2qU m由德布罗意波长公式可得λ＝hp＝hm2qUm＝h2mqU2mqU所以选项C正确．故选C.答案：C7．已知普朗克常量为h＝2π·197 MeV·fm/c，电子的质量为m e＝0.51 MeV/c2，其中c＝3.0×108 m/s为真空光速，1 fm＝10－15 m，则动能为1.0 eV的自由电子的物质波长为λe＝________m．具有如上波长的光子的能量为Eλ＝________eV.(所填答案均保留一位有效数字)解析：动能为1.0 eV的自由电子的物质波长为λe＝hp＝hm e v＝h2m e E k≈1×10－9 m具有如上波长的光子的能量为Eλ＝h cλe＝cp＝c2m e E k≈1×103 eV.答案：1×10－91×1038．如果一个中子和一个质量为104kg的火箭都以103m/s的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多长？(中子的质量为1.67×10－27 kg)解析：中子的动量为：p1＝m1v，火箭的动量为：p2＝m2v，据λ＝hp知中子和火箭的德布罗意波长分别为：λ1＝hp1，λ2＝hp2联立以上各式解得：λ1＝hm1v，λ2＝hm2v.将m1＝1.67×10－27 kg，v＝1×103 m/s，h＝6.63×10－34 J·s，m2＝104 kg代入上面两式可解得：λ1＝4.0×10－10 m，λ2＝6.63×10－41 m.答案：4.0×10－10 m 6.63×10－41 m9．金属晶体中晶格大小的数量级是10－10m．电子经过加速电场加速，形成一电子束，电子束照射该金属晶体时，获得明显的衍射图样．问这个加速电场的电压约为多少？(已知电子的电荷量为e＝1.6×10－19 C，质量为m＝0.90×10－30 kg)解析：设加速电场的电压为U，电子经电场加速后获得的速度为v，对加速过程由动能定理得eU＝12m v2①据德布罗意物质波理论知，电子的德布罗意波长为λ＝hp②其中p＝m v③解①②③联立方程组可得U＝h22emλ2≈153 V.答案：153 V基础达标1.[2019·大同月考](多选)关于光的波粒二象性，下列说法正确的是()A．光的频率越高，光的能量越大，粒子性越明显B．光的波长越长，光的能量越小，波动性越明显C．频率高的光只具有粒子性，不具有波动性D．无线电波只具有波动性，不具有粒子性解析：光的频率越高，由ε＝hν知光子的能量越大，光的波长越短，粒子性越明显，A对；光的波长越长，则频率越小，由ε＝hν知光子的能量越小，则光的波动性越明显，B对；频率高的光粒子性明显，但也具有波动性，C错；无线电波是电磁波，既具有波动性又具有粒子性，D错．答案：AB2．(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()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知，电子的物质波的波长比原子尺寸小得多，由p＝hλ可知它的动量应很大，即速度应很大，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C错误，选项D正确．答案：AD3．(多选)下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波长和频率为1 MHz 的无线电波的波长，由表中数据可知( )B ．无线电波通常情况下只能表现出波动性C ．电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性D ．只有可见光才有波动性解析：由于弹子球德布罗意波长极短，故很难观察其波动性，而无线电波波长为3.0×102 m ，所以通常表现出波动性，很容易发生衍射，而金属晶体的品格线度大约是10－10 m 数量级，所以波长为1.2×10－10 m 的电子可以观察到明显的衍射现象，故选A 、B 、C.答案：ABC4．两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，第一束光在某段时间内打在物体表面的光子数与第二束光在相同时间内打在物体表面的光子数之比为5:4，则这两束光的光子能量和波长之比分别为( )A ．4:5 4:5B ．5:4 4:5C ．5:4 5:4D ．4:5 5:4解析：两束能量相同的色光，都垂直地照射到物体表面，在相同时间内打在物体表面的光子数之比为5:4，根据E ＝NE 0可得两束光光子能量之比为4:5；再根据E 0＝hν＝h c λ知，光子能量与波长成反比，故两束光光子波长之比为5:4.选项D 正确．答案：D5．[2019·广西桂林期中]下列说法正确的是( )A ．光的波粒二象性是牛顿的微粒说加上惠更斯的波动说组成的B ．光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的电磁理论C ．光子说并没有否定电磁说，在光子的能量式ε＝hν中，ν表示波的特性，ε表示粒子的特性D．光波与机械波具有完全相同的特点解析：光的波粒二象性认为光是一份一份的光子构成的，光子是一种没有静止质量的能量团，与牛顿的微粒说中的实物粒子有本质区别；光同时还是一种波，但与惠更斯的波动说中的光是一种机械波有本质区别，A错误．在光子能量式ε＝hν中，ν表示了波的特征，ε表示粒子的特性，光子说并没有否定麦克斯韦的电磁说，B错误，C正确．机械波传播需要介质，光波不需要；机械波是横波或纵波，光波只能是横波，D错误．答案：C6．[2019·哈尔滨六中期中](多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，下列说法正确的是()A．光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性B．电子束的晶体衍射实验表明实物粒子具有波动性C．动能相等的质子和电子的德布罗意波长相等D．低频电磁波的粒子性显著，高频电磁波的波动性显著解析：光电效应表明光具有“一份一份”的能量，康普顿效应说明光具有动量，均能说明光具有粒子性，A正确；电子束射到晶体上产生的衍射图样说明实物粒子具有波动性，B正确；动量p＝2mE k，因为质子与电子的质量不同，所以动能相等的质子与电子的动量是不同的，根据德布罗意波长公式λ＝hp可知它们的德布罗意波长不相等，C错误；因为电磁波的频率越低，能量值越小，频率越高，能量值越大，所以低频电磁波的波动性显著，高频电磁波的粒子性显著，D错误．答案：AB7．美国科学家里卡尔多·贾科尼由于发现宇宙X射线源而获得诺贝尔奖．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()A．E＝hλc p＝0 B．E＝hλc p＝hλc2C．E＝hcλp＝0 D．E＝hcλp＝hλ解析：根据E＝hν和λ＝hp可得X射线每个光子的能量为E＝hcλ，每个光子的动量为p＝hλ，选项D正确．答案：D能力达标8.德布罗意认为实物粒子也具有波动性，他给出了德布罗意波长的表达式λ＝hp.现用同样的直流电压加速原来静止的一价氢离子H＋和二价镁离子Mg2＋，已知氢离子与镁离子的质量之比为1:24，则加速后的氢离子和镁离子的德布罗意波长之比为() A．1:4 B．1:4 3C．4:1 D．43:1解析：离子加速后的动能E k＝qU，离子的德布罗意波长λ＝hp＝h2mE k＝h2m·qU，所以λH＋λMg2＋＝24×21×1＝431，故选项D正确．答案：D9．任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，波长是λ＝hp，式中p是运动物体的动量，h是普朗克常量，人们把这种波叫德布罗意波，现有一个德布罗意波长为λ1的物体1和一个德布罗意波长为λ2的物体2相向正碰后粘在一起，已知|p1|<|p2|，则粘在一起的物体的德布罗意波长为()A.λ1＋λ22 B.λ1－λ22C.λ1λ2λ1＋λ2 D.λ1λ2λ1－λ2解析：由动量守恒p2－p1＝p知，hλ2－hλ1＝hλ，所以λ＝λ1λ2λ1－λ2，故D正确．答案：D10．一颗质量为5.0 kg的炮弹，(1)以200 m/s的速度运动时，它的德布罗意波长为多大？(2)假设它以光速运动，它的德布罗意波长为多大？(3)若要使它的德布罗意波长与波长是400 nm的紫光波长相等，则它必须以多大的速度运动？解析：(1)炮弹的德布罗意波长λ1＝h p 1＝h m v 1＝6.63×10－345.0×200m ＝6.63×10－37 m. (2)它以光速运动的德布罗意波长λ2＝h p 2＝h m v 2＝6.63×10－345.0×3×108m ＝4.42×10－43 m. (3)由λ＝h p ＝h m v ，得v ＝h mλ＝ 6.63×10－345.0×400×10－9 m/s ＝3.315×10－28 m/s. 答案：(1)6.63×10－37 m (2)4.42×10－43 m(3)3.315×10－28 m/s11．静止的原子核放出一个波长为λ的光子．已知普朗克常量为h ，则(1)质量为M 的反冲核的速度为多少？(2)反冲核运动时物质波的波长是多少？解析：(1)光子的动量为p ，由动量守恒定律知反冲核的动量大小也为p .由p ＝h λ＝M v ，得v ＝h λM .(2)反冲核的物质波的波长λ′＝h M v ＝λ.答案：(1)h λM (2)λ12．已知铯的逸出功为1.9 eV ，现用波长为4.3×10－7 m 的入射光照射金属铯．(1)能否发生光电效应？(2)若能发生光电效应，求光电子的德布罗意波长最短为多少？(电子的质量为m ＝0.91×10－30 kg)解析：(1)入射光子的能量E ＝hν＝h c λ＝6.626×10－34×3.0×1084.3×10－7×11.6×10－19eV ≈2.9 eV . 由于E ＝2.9 eV>W 0，所以能发生光电效应．(2)根据光电效应方程可得光电子的最大初动能E k ＝hν－W 0＝1 eV ＝1.6×10－19 J而光电子的最大动量p＝2mE k，则光电子的德布罗意波长的最小值λmin＝hp＝6.626×10－342×0.91×10－30×1.6×10－19m≈1.2×10－9 m.答案：(1)能(2)1.2×10－9 m。
最新人教版高中物理选修课件 17-3粒子的波动性
2．对于光子这样嘚微观粒子却只有从波粒二象性嘚角度出发，才能统一说明光嘚各种“行 为”
光子说并不否认光嘚电磁说，按光子说，光子嘚能量E＝hν，其中ν表示光嘚频率，即表示 了波嘚特征，而且从光子说或电磁说推导电子嘚动量都得到一致嘚结论。可见，光嘚确具有波动性， 也具有粒子性。
在光嘚干涉现象中，若曝光时间不长，在底片上只出现一些不规则嘚点，这些点表示光子 嘚运动跟宏观嘚质点不同。但曝光时间足够长时，底片上出现了有规律嘚干涉条纹。可见：光嘚波 动性是大量光子表现出来嘚现象。
(4)对不同频率嘚光，频率低、波长长嘚光，波动性特征显著；而频率高、波长短嘚光，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。 综上所述，光嘚粒子性和波动性组成一个有机嘚统一体，相互间并不是独立嘚。
2．从微观嘚角度理解光嘚波动性和粒子性 光既表现出波动性又表现出粒子性，很难用宏观世界嘚观念来认识，必须从微观嘚角度建 立起光嘚行为图景，认识光嘚波粒二象性，需要明确嘚是：爱因斯坦光子说中嘚“粒子”和牛顿微 粒说中嘚“粒子”是两个完全不相同嘚概念；同样，麦克斯韦电磁说中嘚“波”与波粒二象说中嘚 “波”也是不同理论领域中完全不同嘚概念，其本质区别在于微观世界嘚认识论与宏观世界嘚认识 论。
【例2】关于物质波，下列认识中错误嘚是( ) A．任何运动嘚物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波 B．X射线嘚衍射实验，证实了物质波假设是正确嘚 C．电子嘚衍射实验，证实了物质波假设是正确嘚 D．宏观物体尽管可以看做物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象 【答案】B、D
【解析】据德布罗意物质波理论知，任何一个运动嘚物体，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选项是正确嘚；由于X射线本身就是一 种波，而不是实物粒子，故X射线嘚衍射现象并不能证实物质波理论嘚正确性，即B选项错误；电子 是一种实物粒子，电子嘚衍射现象表明运动着嘚实物粒子具有波动性，故C选项是正确嘚；由电子 穿过铝箔嘚衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱嘚，无规律嘚，但大量电子穿过铝箔 后落嘚位置则呈现出衍射图样，即大量电子嘚行为表现出电子嘚波动性，干涉、衍射是波嘚特有现 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。
高中物理 17.3 粒子的波动性课件 新人教版选修3-5
1．光子与实物粒子的异同点？ 提示：光子与粒子都有能量和动量，这是粒子性特征，但 二者有本质区别，光子无静止质量，本质是一种场且没有自己 的轨道特征，而实物粒子有静止质量，运动时有经典的轨道。
2．光的波动性与机械波有哪些异同点？ 提示：二者都可观察到干涉与衍射现象，这是波的特征。 但二者有本质区别，如传播时，光可在真空中传播，且速度比 在介质中大，机械波的传播只能借助介质，单个的光子也具有 波动性，其粒子性与波动性组成一个有机体，相互间并不独立 存在。
例1
[2014· 伊犁哈萨克高二检测]关于光的波粒二象性的理 )
解正确的是(
A．大量光子的行为往往表现出波动性，个别光子的行为 往往表现出粒子性 B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子 C．高频光是粒子，低频光是波 D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著， 有时它的粒子性显著
①光子传播时，表现 出波的性质 光的 波动性 ②大量光子表现出波 动性 ③频率低的光表现出 光的波动性，波长越 长，波动性越明显
①光的波动性是波 本身的属性，不是 光子之间相互作用 产生的 ②光的波动性中的 波不同于宏观观念 上的波
波和粒 子的对 立、统一
①宏观世界：波和粒 子是相互对立的 ②微观世界：波和粒 子是统一的
二、粒子的波动性及实验验证 1．粒子的波动性： (1)德布罗意波：每一个 运动 的粒子都与一个对应的波相 联系，这种与 实物粒子 相联系的波称为德布罗意波，也叫
物质波
h (2)物质波的波长：λ＝ p ε (3)物质波的频率：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
2. 物质波的理解。
课前自主学习
优秀课件人教版高中物理选修3-5《17.3粒子的波动性》精
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 德布罗意，法国物理学家， 想的重大意义，誉之为“揭开一幅大幕 1929年诺贝尔物理学奖获得者， 的一角”。
波动力学的创始人，量子力学 的奠基人之一。
实物粒子的波粒二象性的意思是：微观粒子既表现出 粒子的特性，又表现出波动的特性。 德布罗意关系式
h h 动量为 P 的粒子波长： P mv
频率:
德布罗意把爱因斯坦对光的波粒二象性描述应用 到实物粒子，
h
德布罗意公式
实物粒子的波称为德布罗意波或物质波，物质波的波 长称为德布罗意波长。
电子枪
探测器
B
G
2. 电子衍射实验2 电子束在穿过细晶体粉末 或薄金属片后，也象X射线 一样产生衍射现象。 1927年 G.P.汤姆逊 （J.J.汤姆逊之子） 也独立 完成了电子衍射实验。与 C.J.戴维森共获 1937 年诺 贝尔物理学奖。
此后，人们相继证实了原子、 分子、中子等都具有波动性。 阴极 栅极
h 1.3 10 25 nm mv
太小测不到！
h 1.4 10 2 nm mv
X射线波段
【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．光和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】
h 根据E＝hν，且λ＝ p ，c＝λν可得X射线每个光
高中物理人教版 选择性必修第三册教案讲义：粒子的波动性和量子力学的建立
粒子的波动性和量子力学的建立（答案在最后）素养目标1.知道德布罗意波，光有波动性和粒子性、量子力学等基本观点和相关实验证据．(物理观念)2．掌握光的波粒二象性，理解其对立统一关系；并能应用波粒二象性解释有关现象，提高分析、推理能力．(科学思维)3．学习科学家们探究物质波、建立量子力学的艰辛，坚持实事求是的科学态度，激发学习科学的兴趣．(科学态度与责任)自主落实·必备知识全过关一、粒子的波动性和物质波的实验验证1．粒子的波动性(1)德布罗意波法国物理学家德布罗意提出假设：实物粒子也具有________，即每一个________的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波被称为德布罗意波，也叫________．(2)物质波的波长、频率关系式ν＝________，λ＝________．2．物质波的实验验证(1)实验探究思路光的________和衍射现象是光具有波动性的有力证据，如果实物粒子具有波动性，那么，它们就应该像光波那样也能发生干涉和衍射．(2)实验验证1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验，得到了________的衍射图样，证实了________的波动性．(3)说明粒子性]的________．对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝εh和λ＝h p的关系同样正确．②宏观物体的质量比微观粒子大得多，运动时的________很大，对应的德布罗意波的波长________二、量子力学的建立与应用1．量子力学的建立(1)普朗克________理论、理论以及德布罗意________普遍性理论]在解释实验方面都取得了成功．(2)步完善并最终完整地建立起来，它被称为________．2．量子力学的应用(1)量子力学推动了核物理和________物理的发展．(2)量子力学推动了原子、分子物理和______的发展．(3)量子力学推动了________物理的发展．走进生活根据测算，羽毛球离拍时的最大速度可达到288km/h，羽毛球的质量为5.0g.求德布罗意波的波长以及能否观察到羽毛球的波动性？合作探究·能力素养全提升探究一对物质波的理解情境探究1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射实验，得到如图所示的衍射图样．该图样证明了什么？明显衍射电子波长大约是什么？核心归纳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．2．物质波波长的计算公式为λ＝h p，频率公式为ν＝εh.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．应用体验例1关于物质波，下列说法正确的是()A．速度相等的电子和质子，电子的波长长B．动能相等的电子和质子，电子的波长短C．动量相等的电子和中子，中子的波长短D．甲电子的速度是乙电子的3倍，则甲电子的波长也是乙电子的3倍针对训练1.下列说法正确的是()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，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都具有一种波和它对应，这种波叫作物质波D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性2．[2021·浙江6月]已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，电子的质量为9.11×10－31kg.一个电子和一滴直径约为4μm的油滴具有相同动能，则电子与油滴的德布罗意波长之比的数量级为()A．10－8B．106C．108D．1016探究二对光的波粒二象性的理解核心归纳1.对光的本性认识史人类对光的认识经历了漫长的历程，从牛顿的光的微粒说到托马斯·杨和菲涅耳的波动说，从麦克斯韦的光的电磁说到爱因斯坦的光子说．直到20世纪初，对于光的本性的认识才提升到一个更高层次，即光具有波粒二象性．对于光的本性认识史，列表如下：学说名称微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性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理论领域宏观世界宏观世界微观世界微观世界微观世界2.对光的波粒二象性的理解项目实验基础表现说明光的波动性干涉和衍射(1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述(2)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(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粒子的性质(2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性应用体验例2[2022·聊城高二检测](多选)1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别完成了电子束衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图所示的是该实验装置的简化图，下列说法正确的是()A．亮条纹是电子到达概率大的地方B．该实验说明物质波理论是正确的C．该实验再次说明光子具有波动性D．该实验说明实物粒子具有波动性例3[2022·湖南卷]关于原子结构和微观粒子波粒二象性，下列说法正确的是()A．卢瑟福的核式结构模型解释了原子光谱的分立特征B．玻尔的原子理论完全揭示了微观粒子运动的规律C.光电效应揭示了光的粒子性D．电子束穿过铝箔后的衍射图样揭示了电子的粒子性误区警示光的波粒二象性的三点注意(1)光既有波动性又有粒子性，二者是统一的．(2)光表现为波动性，只是光的波动性显著，粒子性不显著而已．(3)光表现为粒子性，只是光的粒子性显著，波动性不显著而已．针对训练3.[2022·四川绵阳南山中学高二下期中]用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示，不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片．这些照片说明()A．光只有粒子性没有波动性B．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性C．光只有波动性没有粒子性D．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性学以致用·随堂检测全达标1．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．X射线的衍射实验2．关于德布罗意波，下列说法正确的是()A．所有物体不论其是否运动，都有对应的德布罗意波B．任何一个运动着的物体都有一个波和它对应，这就是德布罗意波C．运动着的电场、磁场没有相对应的德布罗意波D.只有运动着的微观粒子才有德布罗意波，对于宏观物体，不论其是否运动，都没有相对应的德布罗意波3．(多选)为了观察晶体的原子排列，可以采用下列方法：(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，能防止发生明显的衍射现象，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．下列分析中正确的是()A．电子显微镜所利用的是电子的物质波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．中子的物质波波长可以与原子尺寸相当4．(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有()A．光电效应现象揭示了光的粒子性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，它们的德布罗意波波长也相等5．法国物理学家德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，波长λ＝h p，人们把这种波称为物质波，也叫德布罗意波．如果有两个电子的速度分别为v1和v2，且v1＝2v2.则这两个电子对应的德布罗意波的波长关系为()A．λ1∶λ2＝1∶2B．λ1∶λ2＝4∶1C．λ1∶λ2＝2∶1D．λ1∶λ2＝1∶45．粒子的波动性和量子力学的建立自主落实·必备知识全过关一、1．(1)波动性运动物质波(2)εh h p2．(1)干涉(2)电子电子(3)波动性动量很短二、1．(1)黑体辐射光电效应散射氢原子物质波(2)量子力学2．(1)粒子(2)光学(3)固体走进生活提示：羽毛球的速度v＝288km/h＝80m/s，其德布罗意波的波长λ＝h p＝h mv＝6.63×10−345.0×10−3×80m ＝1.66×10－33m，波长太短，无法观察到羽毛球的波动性．合作探究·能力素养全提升探究一情境探究提示：证明电子的波动性；与晶核尺度相近．应用体验[例1]解析：由λ＝h p可知，动量大的粒子波长短，电子与质子的速度相等时，电子的动量小，波长长，故A正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式p＝2mE k 可知，电子的动量小，波长长，故B错误；动量相等的电子与中子，其波长应相等，故C 错误；如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲电子的速度是乙电子的3倍，则甲电子的波长应是乙电子的13，故D错误．答案：A针对训练1．解析：物质波是一切运动的物体所具有的波，与机械波性质不同，宏观运动的物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显，C正确．答案：C2．解析：根据公式λ＝hp＝可知动能相同时λ.油的密度ρ约为0.8×103kg/m3，油滴的体积为V＝4π，则m油＝ρV＝2.7×10－14kg，电子和油滴的德布罗意波长之比为λeλ油≈1.7×108，即对应的数量级为108，C正确．答案：C探究二应用体验[例2]解析：物质波也是概率波，亮条纹是电子到达概率大的地方，A正确．电子属于实物粒子，电子衍射实验说明电子具有波动性，说明物质波理论是正确的，与光的波动性无关，B、D正确，C错误．答案：ABD[例3]解析：卢瑟福的核式结构模型解释的是α粒子散射实验现象，A项错误；玻尔的原子理论只解释了氢原子光谱分立特征，但无法解释其他原子如氦的原子光谱，B项错误；光电效应说明光具有能量，具有粒子性，C项正确；电子束穿过铝箔后的衍射图样说明电子的波动性，D项错误．答案：C针对训练3．解析：由于光的传播不是连续的而是一份一份的，每一份就是一个光子，所以每次通过狭缝只有一个光子，当一个光子到达某一位置时该位置感光而留下痕迹，由于单个光子表现粒子性，即每一个光子所到达的区域是不确定的，但是大量光子表现出波动性，所以长时间曝光后最终形成了第三个图片中明暗相间的条纹，故该实验说明了光具有波粒二象性，故A、C、D错误，B正确．答案：B学以致用·随堂检测全达标1．解析：A错：弱光衍射实验证明了光的波动性．B对：电子束在晶体上的衍射实验最早证明了德布罗意波的存在.1927年戴维森和G.P.汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射的实验，从而证实了德布罗意波的存在．C错：弱光干涉实验证明了光的波动性．D 错：X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线的衍射实验不能证明德布罗意波的存在．答案：B2．解析：任何一个运动着的物体，都有一个波与它对应，这就是德布罗意波，也叫作物质波，物质有两类——实物和场，B正确．答案：B3．解析：由题目所给信息“电子的物质波波长很短，能防止发生明显的衍射现象”及发生衍射现象的条件可知，电子的物质波波长比原子尺寸小得多，A分析正确；电子的物质波波长很短，则它的动量很大，速度也很大，B分析错误；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，中子的物质波波长或X射线的波长应大于原子尺寸或与原子尺寸相当，C分析错误，D分析正确．答案：AD4．解析：光电效应说明光具有粒子性，A正确；热中子束射到晶体上产生衍射图样，而衍射是波的特性，因此中子具有波动性，B正确；黑体辐射的实验规律说明电磁辐射具有量子化，即黑体辐射是不连续的、一份一份的，所以黑体辐射用光的粒子性解释，C错误；根据德布罗意波长公式λ＝h p及p2＝2mE k可知，动能相等的质子和电子，质子的质量大，德布罗意波波长较短．答案：AB5．解析：两个电子的速度之比v1∶v2＝2∶1根据动量公式p＝m v得两个电子的动量之比p1∶p2＝m v1∶m v2＝2∶1根据德布罗意波长公式λ＝h p可知两个电子的德布罗意波的波长之比为λ1∶λ2＝1∶2所以选项A正确．答案：A。
人教版高中物理选择性必修第3册 第四章 4.5粒子的波动性和量子力学的建立
短衍射现象越不明显，故 C 错误；
质子与电子带电荷量相同，但是质子质量大于电子，动量与动能间存在关系 p＝
2mEk，所以由 λ＝hp＝
h， 2mEk
可知质子的德布罗意波波长小于电子的德布罗意波波长，波长越小则衍射现象越不明显，故 D 错误.
当堂小练
1.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？如果能够用 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 右颤动着前进，在空间中描绘出正弦曲线或其他周期性曲线？ 为什么？
德布罗意，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。
波动性
h
p
h
这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。 粒子性
实物粒子具有波粒二象性。
普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁。
1、实验思路 波的行为特性
二、物质波的实验验证
波的衍射
单缝宽 0.8mm
(1
Ek 2m0 c 2
)
其德布罗意波的波长为：
h
p
h
2m0 Ek
(1
Ek 2m0 c 2
)
若 v c
h
m0v
ห้องสมุดไป่ตู้
若 v c 则 Ek m0c2
h
2m0 Ek
1、某子弹的质量m0=0.01kg，v=400m/s， 求它的德布罗意波长。普朗克常量
h=6.63×10-34J ·s。
解析： v c
电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。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
高中物理人教版选修3-5课件：17.3 粒子的波动性
光电效 应、康 普顿 效应
-8-
3
粒子的波动性
首 页
X 新知导学 Z 重难探究
INZHI DAOXUE
HONGNAN TANJIU
D 当堂检测
ANGTANG JIANCE探究一Fra bibliotek探究二
警示光子是能量为 hν 的微粒,表现出粒子性,而光子的能量与频 率 ν 有关,体现了波动性,所以光子是统一了波粒二象性的微粒。但是它在 不同条件下的表现不同,大量光子表现出波动性,个别光子表现出粒子性;光 在传播时表现出波动性,光和其他物质相互作用时表现出粒子性;频率低的 光波动性更强,频率高的光粒子性更强。
②物质波的波长和频率:波长公式 λ=������,频率公式 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 G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍 射的实验,得到了电子的衍射图样,证实了电子的波动性。 ③说明: (a)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= 和 λ= 关系同样正确。 (b)宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多,宏观物体运动时的动量 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。
首 页
X 新知导学 Z 重难探究
INZHI DAOXUE
HONGNAN TANJIU
D 当堂检测
ANGTANG JIANCE
探究一
探究二
2.对光的波粒二象性的理解
实验 基础 光 的 波 动 性 光 的 粒 子 性 干涉和 衍射 表现 (1)光子在空间各点出现的可 能性大小可用波动规律来描 述。 (2)足够能量的光在传播时,表 现出波的性质 (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)少量或个别光子容易显示 出光的粒子性 说明 (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 (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
高中物理第十七章波粒二象性17.3粒子的波动性课件新人教版选修35
地显示出光的粒子性
第九页，共20页。
(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
一
二
三
实验
表现
基础
波动性
和粒子
性的对
立、统
一
说明
(1)光子说并未否定波
(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
第十五页，共20页。
类型
(lèixíng)
一
类型
(lèixíng)二
类型
(lèixíng)三
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,
选项A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射线的错误;电子是一种实物
类型
(lèixíng)二
类型
(lèixíng)
三
对物质波的理解
【例题2】 (多选)关于物质波,下列认识错误的是(
)
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成物质波,但它们不具有干涉、衍射等现象
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
有波粒二象性。
3.人们陆续证实了质子、中子以及(yǐjí)原子、分子的波动性,对于
ℎ
ℎ
这些粒子,德布罗意给出的 ν= 和 = 关系同样正确。
人教版高中物理选修三粒子的波动性和量子力学的建立课件
4.量子力学推动了固体物理的发展。
利用半导体的独特性质发明了晶体管等各类固态电子器件，并结合激光光刻技术制造了大
规模集成电路，俗称“芯片”。靠它们，人们才可以制造体积小且功能强大的电子计算机、智
能手机等信息处理设备，真正走进了信息时代。此外，固体物理学的发展，还为人们带来了低
该波的波长 = ℎΤ。
典例探究
例题1：试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波长。
解：一个中学生的质量大约为m≈ 50 kg，百米跑时的速度约为ʋ≈7m/s，由
光子的动量表达式有：
. × −
= =
= . × −
×
由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性。
谢 谢
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。
新知讲解
二、物质波的实验验证
电子衍射实验1
1927年，C.J.戴维森与雷斯特·革末做
电子衍射实验，验证电子具有波动性。
戴维逊和革末的实验是用电子束垂直投
射到镍单晶，电子束被散射。其强度分布可
用德布罗意关系和衍射理论给以解释，从而
验证了物质波的存在。
新知讲解
四、量子力学的应用
1.借助量子力学，人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性。
2.量子力学推动了核物理和粒子物理的发展。
核物理的发展，还让人们成功地认识并利用了原子核反应堆所释放的能量——核能。爱因
斯坦说：“这是人们第一次利用太阳以外的能量。”
3.量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展。
是不是我们把粒子的图象想得太多，而过分忽略了波的图象呢？”
新知讲解
一、粒子的波动性
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。
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粒子的波动性
知道德布罗意波 知道德布罗意波的波长公式
知道实物粒子也具有波粒二象性
知道电子显微镜分辨率高
人教版高中物理选修3-5 17.3粒子的波动性(共22张PPT)
人教版高中物理选修3-5 17.3粒子的波动性(共22张PPT)
粒子的波动性
光子的能量和动量
一个能量为E、动量为p的实物粒子同时具有波动性， 它的波长 、频率 和E、p的关系与光子一样：
光的干涉和衍射说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光 具有粒子性，因此我们说光具有波粒二象性
问题与练习
一个电子核一个质子具有同样的动能时，它们的德布罗意波长哪个 大？
电子的德布罗意波长大。
因为由
，动能相同时，电子质量小，其动量就小；
又由
知，动量小，德布罗意波长大。
因此当具有同样的动能时，电子比质子的德布罗意波长大
物质波的实验验证
1927年，戴维孙和G.P.汤姆孙分别独立完成了电子衍射实验
a.波长为0.71nm的X射线通过铝箔所得到的衍射环b.
G.P.汤姆孙
戴维孙
波长为0.05nm的电子束通过铝箔所得到的衍射环c.中 子通过铝箔所得到的衍射环
1929年，德布罗意获得诺贝尔物理学奖
此后，人们相继证实了原子、分子、
德布罗意波长 与粒子相联系的波称为物质波
实物粒子既具 有粒子性，也 具有波动性
二者通过h来联系
德布罗意
人教版高中物理选修3-5 17.3粒子的波动性(共22张PPT)
人教版高中物理选修3-5 17.3粒子的波动性(共22张PPT)
粒子的波动性
在
时（物体的质量为静止质量）
注意： 对实物粒子，v是指粒子的速度（群速）故不存在
可获得电子在不同电压下的波长 与x射线的波长相当
人教版高中物理选修3-5 17.3粒子的波动性(共22张PPT)
物质波的实验验证
X射线照在晶体上可以产生衍射
若电子具有波动性的理论成立，那么电 子打在晶体上应也能观察到衍射现象。
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X射线衍 射图样
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光的波粒二象性
光的性质
实验事实
波动性 光的干涉 光的衍射
粒子性 光电效应 康普顿效应
描述的物理量
光既具有粒子性，又具有波动性
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问题与练习
射击运动员射击时会因为子弹的波动性而“失准”吗？为什么？根 据现实情况下子弹质量、速度大小所对应的德布罗意波长来做定性 说明。
1937年G.P.汤姆孙和C.J.戴维孙获得诺贝尔 中子等都具有波动性
物理学奖
物质波的实验验证
电子双缝实验
1961年琼森（Claus Jonsson）将一束电子加速到50Kev，让其通过一缝宽
为
，间隔为
的双缝,当电子撞击荧光屏时,发
现了类似于双缝衍射实验结果.
大量电子一次性的行为
物质波的应用
利用可见光工作的光学显微镜，由于衍射现象的限制，其分辨本领 不能无限提高。 而现代科技中常常用到的电子显微镜，其分辨本领可以达到0.2nm， 能够看到蛋白质分子和金属的晶体结构。
教学难点
实物粒子的波动性的解释
光学发展史
波 动 性
T/年
粒 子 性
人教版高中物理选修3-5 17.3粒子的波动性(共22典理论中波与粒子的区别 知道光具有波粒二象性
知道波长长的光表现出的波动性更强，波长短的光表现出的粒 子性更强
人教版高中物理选修3-5 17.3粒子的波动性(共22张PPT)
粒子的波动性
教学目标
通过实验分析，了解光的波粒二象性的内容，感受微观粒子运动 的复杂性
知道实物粒子具有波动性，领会对称性的研究方法，感悟科学家 的探求精神
通过对物质波的实验验证内容的学习，感受实验研究这一重要的 研究方法
通过对科学漫步的阅读，感受科学的成就推动了技术的进步
教学重点
实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量 关系
德布罗意
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德布罗意
自然界的对称性 实物粒子也应具有波动性
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电子显微镜的原理便是，电子束也是一 种波，当把它加速时，其德布罗意波长 比可见光的波长短的多，衍射现象的影 响非常小，从而可以达到较高的分辨率。
电子显微镜
物质波的应用
电子显微镜的成像原理是，让电子束打在荧光板上来观察显微图像。
电子显微镜下的生命
电子显微镜下的虫螨
问题与练习
我们根据什么说光具有波粒二象性
的关系
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物质波的实验验证
由于德布罗意博士论文独创性，得到了答辩委员会的高度评价，但 是人们总觉得他的想法过于玄妙，无法接受。于是，有人质问：有 什么可以验证这一新的观念？ 如果你是德布罗意，将如何验证自己的观点？ ①如果实物粒子具有波动性，就应该能够发生干涉或者衍射现象
②要观察到明显衍射现象，则孔和缝的尺寸应与波长相当或者更小
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物质波的实验验证
电子的德布罗意波长 加速电势差为U，则
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光的波粒二象性
（具有能量）
（具有动量） P
（具有频率） （具有波长）
光子的能量 光子的能量
h架起了粒子性与波动性之间的桥梁
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光（波）具有粒子性，实物粒子具有波动性吗？
整个世纪以来（指19世纪）在光学中比起波动的 研究方法来，如果说是过于忽视了粒子的研究方法 的话，那么在实物的理论中，是否发生了相反的错 误呢？是不是我们把粒子的图象想得太多，而过分 忽略了波的图象呢？