3　粒子的波动性

1、第第1717章第章第3 3节节 粒子粒子的波动性的波动性人教版人教版 高中物理选修高中物理选修3-53-5重难点一：光的波粒二象性重难点一：光的波粒二象性光学发展史学说名称学说名称微粒说微粒说波动说波动说电磁说电磁说光子说光子说波粒二象性波粒二象性代表人物代表人物牛顿牛顿惠更斯惠更斯麦克斯韦麦克斯韦爱因斯坦爱因斯坦公认公认实验依据实验依据光的直线光的直线传播、光传播、光的反射的反射光的干涉、光的干涉、衍射衍射能在真空中能在真空中传播，是横传播，是横波，光速等波，光速等于电磁波速于电磁波速光电效应光电效应康普顿效康普顿效应应光既有波动现光既有波动现象，又有粒子象，又有粒子特征特征内容要点内容要点

2、光是一群光是一群弹性粒子弹性粒子光是一种机光是一种机械波械波光是一种电光是一种电磁波磁波光是由一光是由一份一份光份一份光子组成的子组成的光是具有电磁光是具有电磁本性的物质，本性的物质，既有波动性又既有波动性又有粒子性有粒子性年代年代17世纪世纪17世纪世纪19世纪中世纪中20世纪初世纪初20世纪初世纪初2光的波动性与粒子性的统一(1)大量光子产生的效果显示出波动性，比如干涉、衍射现象中，如果用强光照射，在光屏上立刻出现了干涉、衍射条纹，波动性体现了出来；个别光子产生的效果显示出粒子性如果用微弱的光照射，在屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点，粒子性得到充分体现；2光的波动性与粒子性的统一但是

3、如果微弱的光在照射时间加大的情况下，在感光底片上的光点分布又会出现一定的规律性，倾向于干涉、衍射的分布规律这些实验为人们认识光的波粒二象性提供了良好的依据(2)光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量 (3)光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此h揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系(4)对不同频率的光，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，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，光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体，相互间并不是独立的3从微观的角度理解光的波动性和粒子性光既表现出波动性又表

4、现出粒子性，很难用宏观世界的观念来认识，必须从微观的角度建立起光的行为图景认识光的波粒二象性，需要明确的是：爱因斯坦光子说中的“粒子”和牛顿微粒说中的“粒子”是两个完全不相同的概念；同样，麦克斯韦电磁说中的“波”与惠更斯波动说中的“波”也是不同理论领域中完全不同的概念，其本质区别在于微观世界的认识论与宏观世界的认识论的区别对光的波粒二象性的理解光的波动性光的波动性光的粒子性光的粒子性实验基础实验基础干涉、衍射干涉、衍射光电效应、康普顿效应光电效应、康普顿效应含义含义光的波动性是光子本身的一种属光的波动性是光子本身的一种属性，它不同于宏观的波，它是一性，它不同于宏观的波，它是一种概率波，即光子在

5、空间各点出种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小现的可能性大小(概率概率)可用波动可用波动规律描述：规律描述：(1)足够能量的光足够能量的光(大量大量光子光子)在传播时，表现出波的性在传播时，表现出波的性质。质。(2)频率低，波长长的光，波频率低，波长长的光，波动性特征显著。动性特征显著。粒子的含义是粒子的含义是“不连续不连续”“”“一份一份一份一份”的，光的粒子即光子，不的，光的粒子即光子，不同于宏观概念的粒子，但也具有同于宏观概念的粒子，但也具有动量和能量。动量和能量。(1)当光同物质发生当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质。作用时，表现出粒子的性质。(2)少量或个别光子易显示出光的

6、粒少量或个别光子易显示出光的粒子性。子性。(3)频率高，波长短的光，频率高，波长短的光，粒子性特征显著。粒子性特征显著。二象性二象性(1)光子说并没有否定波动性，光子说并没有否定波动性，Eh中，中，表示光的频率，表示了波表示光的频率，表示了波的特征。光既具有波动性，又具有粒子性，波动性和粒子性都是光的的特征。光既具有波动性，又具有粒子性，波动性和粒子性都是光的本身属性，只是在不同条件下的表现不同。本身属性，只是在不同条件下的表现不同。(2)只有用波粒二象性，才能统一说明光的各种行为。只有用波粒二象性，才能统一说明光的各种行为。【典型例题】关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是( )A波粒二象

7、性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性B光波频率越高，粒子性越明显C能量越大的光子其波动性越显著D个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性E光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下光的波动性表现明显【审题指导】光子既具有波动性又具有粒子性，波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性频率越大的光，光子的能量越大，粒子性越显著，频率越小的光，光子的能量越小，波动性越显著。【解析】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

8、表现出的波动性较明显，或者说在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下光的波动性表现明显；个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性，A、D、E说法正确；光的频率越高，能量越大，粒子性相对波动性越明显，B说法正确、C说法错误【答案】C重重难点难点二：物质波二：物质波 (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 【典型例题】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