物理成才之路选修

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1、※理解光的波粒二象性※了解粒子的波动性※理解物质波的概念，知道物质波的实验验证如图所示是一台电子显微镜，竖直圆筒的上、下两端分别装着负极和正极，电压可高达1×106V.它的分辨本领很高，可以看清大小为0.2nm的物体．你知道电子显微镜的分辨本领与哪些因素有关吗？1．光子的能量和动量：光子的能量ε和动量p可分别表示为：ε＝，p＝.能量ε和动量p是描述物质粒子性的重要物理量，和是描述物质波动性的重要物理量，架起了粒子性与波动性之间的桥梁．2．1924年，法国巴黎大学的学生在博士学位论文中提出假设：实物粒子也具有性，即每一个粒子都与一个对应的相联系，粒

2、子的能量ε与动量p跟它所对应的频率ν与波长λ之间遵从：ν＝，λ＝.这种与实物粒子相联系的波叫，又叫波．hννλ普朗克常量h德布罗意波粒二象运动的波德布罗意波物质3．1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的性．晶体波动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公认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，光速等于电磁波速光电效应康普顿效应光既有波动现象，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

3、组成的光是具有电磁本性的物质，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世纪初光既有波动性，又有粒子性，我们把光的这种性质叫做光的波粒二象性．光的干涉、衍射、偏振现象，证明光具有波动性．光电效应、康普顿效应和光子，说明光具有粒子性，无法用某一性质解释所有现象，事实上，光子既有粒子的特征，又有波的特征，既光具有波粒二象性．在下列现象中说明光具有波动性的是()A．光的直线传播B．光的衍射C．光的干涉D．光电效应答案：BC解析：干涉和衍射是波的特性.实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，而且粒子的能量ε和

4、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，遵从如下关系这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫做物质波．特别提醒：我们平时所看到的宏观物体，在运动时，我们观察不到它们的波动性，但也有一个波长与之对应，例如：飞行的子弹的波长约为10－34m，这个波长实在是太小了，所以我们观察不到子弹的波动性.(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，也应该发生衍射现象，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，看看它实现衍射所需要的条件：对质量为1g

5、、速度为1cm/s的物体来说，它的波长约为这么小的波长，比宏观物体的尺度小很多，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100V电压加速后，德布罗意波长约为0.12nm，因此有可能观察到电子的波动性．(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．中子的质量m＝1.67×10－27kg，如果它以v＝1.0×103m/s的速度运动，它的德布罗意波长为________，这个波长与电磁波中________波长

6、相当．答案：3.97×10－10mγ射线(2009·启东高二检测)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．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

7、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，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，故选项C正确，A、B、D错误．答案：C点评：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．由于我们的经验局限于宏观物体的运动，微观世界的某些属性与宏观世界不同，我们从来没有过类似的经历，光既不是宏观观念的波，也不是宏观观念的粒

8、子，光具有波粒二象性是指光在传播过程中和同其它物质作用时分别表现出波和粒子的特性．关于光的本性，下列说法中正确的是()A．关于光的本性，