1、3 粒子的波動性,1.知道光具有波粒二象性,區(qū)分光的波動性和粒子性。 2.知道實物粒子和光子一樣具有波粒二象性。 3.掌握= 的含義及應(yīng)用。,一、光的波粒二象性 1.光的本性:光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象表明光具有_性, 光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)表明光具有_性,即光具有_ 性。,波動,粒子,波粒二象,2.光子的能量和動量關(guān)系式: (1)關(guān)系式:=_,p=_。 (2)意義:能量和動量p是描述物質(zhì)的_性的重要物理量; 波長和頻率是描述物質(zhì)的_性的典型物理量。因此 =h和p= 揭示了光的_性和_性之間的密切關(guān)系。,h,粒子,波動,粒子,波動,二、粒子的波動性物質(zhì)波 1.德布羅意波:任何一個_的物體,都有一種

2、波與它相對 應(yīng),這種波叫_,也稱為德布羅意波。 2.物質(zhì)波的波長、頻率關(guān)系式:=_,=_。,運動著,物質(zhì)波,3.實驗探究思路:_、_是波特有的現(xiàn)象,如果實物粒子 具有波動性,則在一定條件下,也應(yīng)該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象。 4.實驗驗證:1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了_ _的實驗,得到了電子的_,證實了運動著的電子具 有_。,干涉,衍射,電子束,衍射,衍射圖樣,波動性,1.判一判: (1)德布羅意認(rèn)為實物粒子也具有波動性。() (2)光的波粒二象性徹底推翻了麥克斯韋電磁理論。() (3)波長較長的光只有波動性,沒有粒子性。() (4)向前飛行的子彈具有波動性。(),提示:(1)。每一個運動

3、的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系。 (2)。在光的波粒二象性中,光子能量=h中,表示了波的特征,因而并沒有否定麥克斯韋的電磁說。 (3)。粒子性和波動性是光同時具備的兩種屬性。 (4)。實物粒子也具有波粒二象性,對子彈來說,其德布羅意波長很短,很難表現(xiàn)出波動性。,2.想一想: (1)光的波動性與粒子性跟光波頻率高低、波長的長短有怎樣的關(guān)系? 提示:光波頻率越低,波長越長,光的波動性越明顯;光波頻率越高,波長越短,光的粒子性越明顯。,(2)每一個運動的物體都有一個對應(yīng)的波,為什么觀察不到一粒飛行著的子彈的波動性? 提示:宏觀物體在運動時,我們觀察不到它們的波動性,但也有一個波與之對應(yīng),只是對應(yīng)飛行的

4、子彈的波的波長太小了,所以觀察不到子彈的波動性,但一粒飛行著的子彈的波動性還是存在的。,主題一 光的波粒二象性 【問題探究】 1.光的波動性與機械波有何本質(zhì)區(qū)別? 提示:光雖然具有波動性,但又具有粒子性,這與機械波有著本質(zhì)的不同,如傳播問題,光可以在真空中傳播,且速度比在介質(zhì)中大,而機械波只能借助介質(zhì)傳播,在真空中不能傳播。,2.波的兩個典型特性是什么?試舉出光具有兩特性的兩實驗。 提示:(1)波的干涉和衍射是波具有的兩個典型特性。 (2)光的單縫衍射和托馬斯楊的雙縫干涉實驗表明光既能發(fā)生衍射又能發(fā)生干涉。 3.什么現(xiàn)象能說明光具有粒子性? 提示:光電效應(yīng)現(xiàn)象以及康普頓效應(yīng)現(xiàn)象均說明光具有粒子

5、性。,4.描述光的性質(zhì)的基本關(guān)系式=h和p= 中,光的波粒二象 性是怎樣聯(lián)系在一起的? 提示:描述光的性質(zhì)的基本關(guān)系式=h和p= 中能量和動 量p是描述物質(zhì)的粒子性的重要物理量;頻率和波長是描述 物質(zhì)波動性的典型物理量。兩式左側(cè)的物理量和p描述光的 粒子性,右側(cè)的物理量和描述光的波動性,它們通過普朗克 常量h聯(lián)系在一起。,【探究總結(jié)】 光的粒子性和波動性是統(tǒng)一的 (1)光是不連續(xù)的,是一份一份的,光的粒子即光子,不同于宏觀概念的粒子,但也具有動量和能量。當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時,表現(xiàn)出粒子的性質(zhì);少量或個別光子易顯示光的粒子性,頻率高、波長短的光,粒子性特征顯著。 (2)光的粒子性并不否定光的波動

6、性,光既具有波動性,又具有粒子性,波動性、粒子性都是光本身的一種屬性,只是在不同條件下的表現(xiàn)不同。,(3)光子的能量與其對應(yīng)的頻率成正比,而頻率是波動性特有的物理量,因此E=h,揭示了光的粒子性和波動性之間的密切聯(lián)系。光的粒子性和波動性組成一個有機的統(tǒng)一體,相互間并不獨立存在。,【即時訓(xùn)練】 1.下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中,正確的是() A.有的光是波,有的光是粒子 B.光子與電子是同樣的一種粒子 C.光的波長越長,其波動性越顯著;波長越短,其粒子性越顯著 D.大量光子的行為往往顯示出粒子性,【解題探究】(1)在宏觀現(xiàn)象中,波與粒子是_的概念,而在 微觀世界中,波與粒子可以統(tǒng)一。 (2)光

7、具有波粒二象性是指光在傳播過程中和其他物質(zhì)作用時 分別表現(xiàn)出_和_的特性。,對立,波,粒子,【解析】選C。一切光都具有波粒二象性,光的有些行為(如干 涉、衍射)表現(xiàn)出波動性,有些行為(如光電效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性, 所以,不能說有的光是波,有的光是粒子。雖然光子與電子都是 微觀粒子,都具有波粒二象性,但電子是實物粒子,有靜止質(zhì)量, 光子不是實物粒子,沒有靜止質(zhì)量,電子是以實物形式存在的物 質(zhì),光子是以場形式存在的物質(zhì),所以,不能說光子與電子是同 樣的一種粒子。光的波粒二象性的理論和實驗表明,大量光子,的行為表現(xiàn)出波動性,個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性。光的波長越長,衍射性越好,即波動性越顯著,光的波長

8、越短,其光子能量越大,個別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應(yīng),所以其粒子性就很顯著,故C正確,A、B、D錯誤。,2.(多選)對光的認(rèn)識,以下說法中正確的是() A.個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)為波動性 B.光的波動性是光子本身的一種屬性,不是光子之間的相互作用引起的 C.光表現(xiàn)出波動性時,就不具有粒子性了,光表現(xiàn)出粒子性時,就不具有波動性了 D.光的波粒二象性應(yīng)理解為在某種情境下光的波動性表現(xiàn)明顯,在另外某種情境下,光的粒子性表現(xiàn)明顯,【解析】選A、B、D。個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)為波動性;光與物質(zhì)相互作用,表現(xiàn)為粒子性,光的傳播表現(xiàn)為波動性,光

9、的波動性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性。因為波動性表現(xiàn)為粒子分布概率,光的粒子性表現(xiàn)明顯時仍具有波動性,因為大量光子的行為呈現(xiàn)出波動規(guī)律,故正確選項有A、B、D。,主題二 粒子的波動性物質(zhì)波 【問題探究】 1.德布羅意波長與動量的關(guān)系是怎樣的? 提示:如果用動量p來表征實物粒子的粒子性,用波長來表征 實物粒子的波動性。那么,對光適用的關(guān)系式也適用于實物粒 子,即:= ,這種與實物粒子相聯(lián)系的波后來稱為德布羅意 波,也叫做物質(zhì)波。其中是德布羅意波長,h是普朗克常量,p 是相應(yīng)的實物粒子的動量。,2.德布羅意認(rèn)為任何運動著的物體均有波動性,可是我們觀察運動著的汽車,并未感覺到它的波動性。你如何理解該問題

10、,談?wù)勛约旱恼J(rèn)識。 提示:波粒二象性是微觀粒子的特殊規(guī)律,一切微觀粒子都存在波動性,宏觀物體(汽車)也存在波動性,只是因為宏觀物體質(zhì)量大,動量大,波長短,難以觀測,而微觀粒子如電子、質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動性為宏觀物體具有波動性奠定了事實基礎(chǔ)。,【探究總結(jié)】 對物質(zhì)波的理解 (1)任何物體,小到電子、質(zhì)子,大到行星、太陽都存在波動性,我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性,是因為宏觀物體對應(yīng)的波長太小。 (2)物質(zhì)波是一種概率波,粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受波動規(guī)律支配,不要以宏觀觀點中的波來理解德布羅意波。,(3)德布羅意假說是光子的波粒二象性的一種推廣,使之包括了所有的物質(zhì)粒子,即光子與實

11、物粒子都具有粒子性,又都具有波動性,與光子對應(yīng)的波是電磁波,與實物粒子對應(yīng)的波是物質(zhì)波。,【即時訓(xùn)練】 1.(多選)根據(jù)物質(zhì)波理論,以下說法中正確的是() A.微觀粒子有波動性,宏觀物體沒有波動性 B.宏觀物體和微觀粒子都具有波動性 C.宏觀物體的波動性不易被人觀察到是因為它的波長太長 D.速度相同的質(zhì)子和電子相比,電子的波動性更為明顯,【解析】選B、D。一切運動的物體都有一種物質(zhì)波與它對應(yīng),所以宏觀物體和微觀粒子都具有波動性,A選項錯誤,B選項正確。宏觀物體的物質(zhì)波波長很短,不易觀察到它的波動性,所以C選項錯誤。速度相同的質(zhì)子與電子相比,電子質(zhì)量小,物質(zhì)波波長更長,所以電子波動性更明顯,所以D選項正確。,2.如果一個中子和一個質(zhì)量為10g的子彈都以103m/s的速度運動,則它們的德布羅意波的波長分別是多大?(中子的質(zhì)量為1.6710-27kg),【解題探究】(1)物體或粒子的動量p與質(zhì)量m、運動速度v之間 的關(guān)系是p=_。 (2)德布羅意波長與物體的動量p、普朗克常量h之間的關(guān)系 是=_。