2020-2021学年高二物理人教版选修3-5学案：第十七章 第3节 粒子的波动性 Word版含解析

1、第3节粒子的波动性1了解人类对光的本性的认识史，了解光的波粒二象性及其对立统一关系。2了解粒子的波动性，了解什么是德布罗意波，了解物质波的实验验证，会解释有关现象。3学会用辩证的观点看待问题，认识到物理学各种观点的局限性。一、光的波粒二象性1光的本性光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性，即光具有波粒二象性。2光子的能量和动量关系式(1)关系式：h，p。(2)意义：能量和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长和频率是描述物质的波动性的典型物理量。因此h和p揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系。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

2、：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：。(3)物质波的频率：。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，德布罗意给出的和关系同样正确。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

3、动性。判一判(1)光子与实物粒子没有本质区别。()(2)光的波动性与机械波有区别，光可在真空中传播，机械波的传播只能借助介质。()(3)我们平常所见的宏观运动物体，由于波长太短，波动性不明显。()提示：(1)×(2)(3)想一想(1)可见光中，哪种单色光的波动性最强？哪种单色光的粒子性最强？提示：可见光中红光波动性最强，紫光的粒子性最强。(2)光的波动性与粒子性跟它们的波长、频率有怎样的关系？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。(3)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，

4、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。课堂任务光的波粒二象性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、托马斯·杨和菲涅耳的波动说到麦克斯韦的光的电磁说和爱因斯坦的光子说。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：2对光的波粒二象性的理解光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。光子的能量和动量p可以表示为h和p。它们是描述光的性质的基本关系式。能量和动量p是描述物质的粒子性的重

5、要物理量；波长或频率是描述物质的波动性的典型物理量。两式左侧的物理量和p描述光的粒子性，右侧的物理量和描述光的波动性，它们通过普朗克常量h联系在一起。这里我们可以从一个侧面感觉到普朗克常量的重要性：h架起了粒子性与波动性之间的桥梁。波动性和粒子性是对立统一的：(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。(3)光在传播时常表现波动性，与物质作用时常表现粒子性。例1(多选)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

6、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)光在发生光电效应、康普顿效应时是不是只具有粒子性而不具有波动性？当其发生干涉、衍射时又只具有波动性，粒子性消失？提示：不是。其粒子性与波动性是一个有机的统一体，相互间不是独立的，只是有表现明显与不明显的区别。(2)单个光子与大量光子的表现有何不同？提示：单个光子的粒子特征较明显，波动性不明显。大量光子往往表现为波动性，而粒子性特征表现不明显。规范解答光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显，有时候表现出的波动性较明显，d正确；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，a正确

7、；光在传播时波动性显著，光与物质相互作用时粒子性显著，b错误；频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著，c错误。完美答案ad光的波粒二象性的解题关键点(1)光同时具有波动性和粒子性，只是在不同的条件下其中一个性质表现比较明显，另一个不明显。(2)光的干涉、衍射、偏振现象有力地说明了光具有波动性，而光电效应、康普顿效应表明，光还具有粒子性，即光具有波粒二象性。(3)解此类题关键要抓住光的本性，即光具有波粒二象性，再从产生波粒二象性的原因出发去分析，这类问题就很容易解答了。关于对光的认识，下列说法正确的是()a频率高的光是粒子，频率低的光是波b光有时是波，有时是粒子c光有时候表现出波动性，有时候

8、表现出粒子性d光既是宏观概念中的波，也是宏观概念中的粒子答案c解析一切光都具有波粒二象性，a错误；光有些行为表现出波动性，有些行为表现出粒子性，b错误，c正确；光子不是实物粒子，更不是宏观概念中的粒子，d错误。课堂任务物质波的理解1任何物体，小到电子、质子，大到行星都存在波动性，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。2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。例2关于物质波，下列说法正确的是()a速度相等的电子和质子，电子的波长大b动能相

9、等的电子和质子，电子的波长小c动量相等的电子和中子，中子的波长小d甲电子的速度是乙电子的3倍，甲电子的波长也是乙电子的3倍由德布罗意波的波长表达式可知波长跟哪些物理量有关？提示：。规范解答由，可知动量大的波长小，电子与质子的速度相等时，电子的动量小，波长大，a正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式p可知，电子的动量小，波长大，b错误；动量相等的电子和中子，其波长应相等，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，甲电子的动量也是乙电子的3倍，则甲电子的波长应是乙电子的，d错误。完美答案a有关德布罗意波计算的一般方法(1)首先计算物体的速度，再计算其动量。如果知道物体动能也可以直接用p计算其动量。(2)再根据计算德布罗意波长。(3)需要注意的是：德布罗意波波长一般都很短，比一般的可见光波波长还要短，可以根据结果的数量级大致判断结果是否合理。(4)宏观物体的波长小到可以忽略，其波动性很不明显。质量为1000 kg的小汽车以v30 m/s的速度在高速公路上行驶，试计算小汽车的