山东省2018_2019学年高中物理第十七章波粒二象性第3节粒子的波动性讲义（含解析）新人教版

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1、第3节粒子的波动性1.光的干涉、衍射、偏振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；即光具有波粒二象性。2．光子的能量ε＝hν和动量p＝是描述物质的粒子性的重要物理量，揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系。3．德布罗意波又叫物质波，其波长和频率分别为：λ＝，ν＝。一、光的波粒二象性1．光的波粒二象性(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涉、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

2、应揭示了光的粒子性。(4)2．光子的能量和动量(1)能量：ε＝hν。(2)动量：p＝。(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＝揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系，普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁。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。(2)物质波的波长、频率关系式：波长：λ＝；频率：ν＝。2．物质波的实验验

3、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实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性。(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＝和λ＝关系同样正确。②宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多，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。1．自主思考——判一判(1)德布罗意认为实物粒子也具有波动性。(

4、√)(2)光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦电磁理论。(×)(3)波长较长的光只有波动性，没有粒子性。(×)(4)向前飞行的子弹具有波动性。(√)2．合作探究——议一议(1)光的波动性与粒子性跟光波频率高低、波长的长短有怎样的关系？提示：光波频率越低，波长越长，光的波动性越明显；光波频率越高，波长越短，光的粒子性越明显。(2)每一个运动的物体都有一个对应的波，为什么观察不到一粒飞行着的子弹的波动性？提示：宏观物体在运动时，我们观察不到它们的波动性，但也有一个波与之对应，只是对应飞行的子弹的波的波长太小了，所以观察不

5、到子弹的波动性，但一粒飞行着的子弹的波动性还是存在的。对光的波粒二象性的理解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。直到二十世纪初，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代表人物牛顿惠更斯麦克斯韦爱因斯坦实验依据光的直线传播、光的反射光的干涉、衍射能在真空中传播，是横波，光速等于电磁波的速度光电效应、康普顿效应光既有波动

6、现象，又有粒子特征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2．对光的波粒二象性的理解实验基础表现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(1)粒子的含义是“不连续”“一份一份一份”进行的，表现

7、出粒子的性质(2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性份”的(2)光子不同于宏观观念的粒子[典例]　[多选]下列说法正确的是(　　)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．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[思路点拨]　解答本题应注意以下三个方面：(1)光子与实物粒子的区别。(2)光的波粒二象性是光的本性。(3)光显示波动性或粒子性是有条件对应的。[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

8、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，A错误；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，所以不能说光子和电子是同样的一种粒子，B错误；波长长，容易发生干涉、衍射，波动性强，反之，波长短，光子能量大，粒子性