第三节 粒子的波动性
学 习 目 标
※ 理解光的波粒二象性 知 识 导 图
知识点1 光的波粒二象性
1．光的本性
(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应揭示了光的__粒子性__。
(4)光的本性2．光子的能量和动量 (1)能量：ε＝__hν__； (2)动量：p ＝__h
λ__。
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 ＝__h λ__揭示了光的粒子性和波动性之间的密
切关系。
知识点2 粒子的波动性
1．德布罗意波
任何一种实物粒子都和一个波相联系，这种波被称为德布罗意波，也叫__物质__波。 2．物质波的波长和频率
波长公式λ＝__h p __，频率公式ν＝__ε
h __。
3．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1937年的诺贝尔物理学奖。
预习反馈
『判一判』
(1)光的干涉、洐射、偏振现象说明光具有波动性。(√) (2)光子数量越大，其粒子性越明显。(×)
(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子。(√) (4)一切宏观物体都具有波动性，即物质波。(√) (5)湖面上的水波就是物质波。(×)
(6)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性。(√) 『选一选』
(多选)(河北正定中学2019～2019学年高二下学期检测)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( AB )
A ．光电效应现象揭示了光的粒子性
B ．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C ．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释
D ．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等
解析：黑体辐射是光的反射问题，选项C 错误；动能相等的质子和电子，质子的动量大，由德布罗意波长公式λ＝h
p
知，质子的波长小，选项D 错误。
『想一想』
2019年6月30日，中国运动员苏炳添在2019钻石联赛巴黎站比赛中，以9.91s 的成绩再次追平了男子100m 亚洲记录。设苏炳添的质量约为75kg ，请计算他在100m 比赛时的德布罗意波长，并说明其波动性是否明显。
答案：8.76×10
－37
m ，波动性很不明显
解析：苏炳添100m 跑时对应的德布罗意波波长为
λ＝h p ＝h m v ＝6.63×10－
3475×
100
9.91m ≈8.76×10－37m 可见此波长极短，其波动性很难表现出来。 探究一 对光的本性的认识 S 思考讨论i kao tao lun
1
曾有一位记者向物理学家诺贝尔奖获得者布拉格请教：光是波还是粒子？布拉格幽默地答道：“星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休息。”那么光的本性到底是什么呢？你是如何理解的？
提示：光具有波粒二象性。
光既不同于宏观观念的粒子，也不同于宏观观念的波，但光既具有粒子性又具有波动性，粒子性和波动性都是光本身的属性。
G 归纳总结ui na zong jie
1．光学发展史
D 典例剖析
ian li pou xi
典例1下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是(C) 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
解题指导：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。光具有波粒二象性是指光在传播过程中和同其他物质作用时分别表现出波和粒子的特性。
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。,
〔对点训练1〕人类对光的本性认识的过程中先后进行了一系列实验，如图所示的四个示意图所表示的实验说明光具有波动性的是__ABD__，说明光具有粒子性的是__C__。
解析：C为光电效应实验，证明了光的粒子性；其余的三个实验均证明了光的波动性。
探究二对物质波的理解
S
思考讨论
i kao tao lun 2
德布罗意认为任何运动着的物体均有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性。你如何理解该问题，谈谈自己的认识。
提示：波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大，动量大，波长短，难以观测，而微观粒子如
电子、质子、中子以及原子、分子的波动性为宏观物体具有波动性奠定了事实基础。
G 归纳总结ui na zong jie
1．德布罗意波 频率：ν＝ε
h
波长：λ＝h
p
ε、p 分别为实物粒子的能量和动量。这种波称为德布罗意波，也叫物质波。 2．对德布罗意物质波的理解
(1)任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都具有波动性。由于宏观物体的波长太小，其波动性不易观察到。
(2)物质波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率服从波动规律。不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波。
(3)德布罗意假说是光的波粒二象性的推动，实物粒子和光子都既具有粒子性，又具有波动性。与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的是物质波。
D 典例剖析ian li pou xi
典例2 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他周期性曲线？为什么？
解题指导：认为运动物体将做曲线运动是容易出现的错误，以宏观观念的波来理解德布罗意波是错误的根源，德布罗意波是一种概率波，在一般情况下不能用确定的坐标描述粒子的位置，无法用轨迹描述粒子的运动，但是粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不是粒子将做曲线运动，不能将物质波与宏观意义上的机械波相混淆，物质波的实质是指粒子在空间的分布的概率是受波动规律支配的，它与机械波有着本质的区别，更不能将粒子的运动轨迹与波动性联系在一起。
解析：根据德布罗意的观点，任何运动着的物体都有一种波和它对应，飞行的子弹必有一种波与之对应，由于子弹的德布罗意波长极短，我们不能观察到其衍射现象，由于德布罗意波是一种概率波，仅是粒子在空间出现的概率遵从波动规律，而非粒子做曲线运动。
由波长公式可得
λ＝h p ＝ 6.63×10－
3410×10－3×3×10
2m ＝2.21×10－
34m 。 因为子弹的德布罗意波长太短，无法观察到其波动性。
不会看到这种现象，因德布罗意波是一种概率波，粒子在空间出现的概率遵从波动规律，
而非宏观的机械波，更不是粒子做曲线运动。,
〔对点训练2〕下列说法中正确的是(C)
A．物质波属于机械波
B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性
C．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波和它对应，这种波叫物质波
D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性解析：物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不同，宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显而已，故只有C对。
易错点：不能正确认识运动物体的波动性
案例一位战士在实战训练时子弹脱靶，在分析脱靶的原因时，突然想起德布罗意波长公式后，确认未击中的原因可能与子弹的波动性有关，这是失误的理由吗？
易错分析：只知实物粒子具有波动性，不会具体问题具体分析。对于宏观物体子弹来说，物质波波长仅为10－34m左右，因为波长越长衍射现象越显著，动量大的子弹的波动性忽略不计仍沿确定的轨道运动，所以未沿击中靶的抛物线运动，原因是未瞄准。
正确解答：德布罗意波长λ＝h
p远远小于子弹自身的线度，波长越短，衍射本领越小。
对于子弹来说无法观察到它的波动性，子弹具有确定的轨道，宏观物体子弹脱靶的原因与波动性无关，不是产生失误的理由。
正确答案：不是
1．(河北省保定市2019～2019学年高二下学期期中)如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的下列物理量也相等的是(C)
A．速度B．动能
C．动量D．总能量
解析：根据德布罗意波长公式，若一个电子的德布罗意波长和一个中子的波长相等，则动量P也相等，故C正确，A、B、D错误。
2．(新疆昌吉市一中教育共同体2019～2019学年高二物理期末)在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是(A)
A．使光子一个一个地通过狭缝，如时间足够长，底片上将会显示衍射图样
B．单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图样
C．光子通过狭缝的运动路线像水波一样
D．光的粒子性是大量光子运动的规律
解析：在宏观世界里找不到既有粒子性又有波动性的物质，个别或少数光子表现出光的粒子性，大量光子表现出光的波动性，如果时间足够长，通过狭缝的光子数也就足够多，粒
子的分布遵从波动规律，底片上将会显示出衍射图样，A 正确；D 错误；单个光子通过狭缝后，路径是随机的，底片上不会出现完整的衍射图样，BC 错误。
3．(江西省南康中学2019～2019学年高二下学期期中)现用电子显微镜观测线度为d 的某生物大分子的结构，为满足测量要求，将显微镜工作时电子的德布罗意波长设定为d
n ，其
中n >1，已知普朗克常量h 、电子质量m 和电子电荷量e ，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为( D )
A ．n 2h 2med 2
B ．(nd 2h 2n 2e 3)13
C ．d 2h 2
2men 2
D ．n 2h 2
2med 2
解析：由德布罗意波长λ＝h p 知，p 是电子的动量，则p ＝m v ＝2meU ，而λ＝d
n ， 代入
得U ＝n 2h 2
2med 2
。故正确选项为D 。
基础夯实
一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题) 1．能够证明光具有波粒二象性的现象是( A ) A ．光的干涉、衍射现象和光电效应 B ．光的反射与小孔成像 C ．光的折射与偏振现象 D ．光的干涉、衍射与光的色散
解析：小孔成像说明光沿直线传播，选项C 、D 说明光的波动性，故选项A 正确。 2．对于光的波粒二象性的说法中，正确的是( D ) A ．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子 B ．光波与机械波是同样的一种波
C ．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的
D ．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性
解析：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性，当光和物质作用时，是“一份一份”的，表现出粒子性；单个光子通过双缝后在空间各点出现的可能性可以用波动规律描述，表现出波动性。粒子性和波动性是光子本身的一种属性，光子说并未否定电磁说。
3．(吉林省长春十一中2019～2019学年高二下学期期中)实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现粒子性的是( B )
A ．电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样
B ．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关
C ．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构
D ．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
解析：电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样，说明电子具有波动性，不能突出表现出粒子性，故A 错误；光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，光电效应说明光具有粒子性，故B 正确；用慢中子衍射来研究晶体的结构，说明中子可以产生衍射现象，说明具有波动性，故C 错误；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，说明电子可以产生衍射现象，说明具有波动性，故D 错误。
4．(宁夏石嘴山三中2019～2019学年高二下学期月考)关于物质波，下列说法正确的是( A )
A ．速度相等的电子和质子，电子的波长长
B ．动能相等的电子和质子，电子的波长短
C ．动量相等的电子和中子，中子的波长短
D ．甲电子速度是乙电子的3倍，甲电子的波长也是乙电子的3倍 解析：由λ＝h p ＝h m v ＝h
2mE k
易判选项A 正确。
5．频率为ν的光子，德布罗意波长为λ＝h
p ，能量为E ，则光的速度为( AC )
A ．Eλh
B ．pE
C ．E p
D ．h 2Ep
解析：根据c ＝λν，E ＝hν，λ＝h p ，即可解得光的速度为Eλh 或E
p 。
6．根据爱因斯坦“光子说”可知，下列说法错误的是( ACD ) A ．“光子说”本质就是牛顿的“微粒说” B ．光的波长越大，光子的能量越小 C ．一束单色光的能量可以连续变化 D ．只有光子数很多时，光才具有粒子性
解析：爱因斯坦的“光子说”与牛顿的“微粒说”本质不同，选项A 错误。由E ＝h c
λ可
知选项B 正确。一束单色光的能量不能是连续变化，只能是单个光子能量的整数倍，选项C 错误。光子不但具有波动性，而且具有粒子性，选项D 错误。
二、非选择题
7．如图所示为证实电子波存在的实验装置，从灯丝F 上漂出的热电子可认为初速度为零，所加加速电压U ＝104V ，电子质量为m ＝0.91×10
－30
kg 。电子被加速后通过小孔K 1和
K 2后入射到薄的金膜上，发生衍射，结果在照相底片上形成同心圆明暗条纹。试计算电子的德布罗意波长。
答案：1.23×10
－11
m
解析：电子加速后的动能E K ＝1
2m v 2＝eU ，电子的动量p ＝m v ＝2mE k ＝2meU 。
由λ＝h p 知，λ＝h 2meU
，代入数据得λ≈1.23×10－
11m 。
能力提升
一、选择题(1～3题为单选题，4～5题为多选题)
1．电子显微镜的最高分辨率高达0.2nm ，如果有人制造出质子显微镜，在加速到相同的速度情况下，质子显微镜的最高分辨率将( A )
A ．小于0.2nm
B ．大于0.2nm
C ．等于0.2nm
D ．以上说法均不正确
解析：显微镜的分辨能力与波长有关，波长越短其分辨率能力越强，由λ＝h
p 知，如果
把质子加速到与电子相同的速度，质子的波长更短，分辨能力更高。
2．如图所示，弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成亮暗相间的条纹，与锌板相连的验电器的铝箔有张角，则该实验不能证明( B )
A ．光具有波动性
B ．从锌板上逸出带正电的粒子
C ．光能发生衍射
D ．光具有波粒二象性
解析：该题巧妙地把光的衍射和光电效应实验综合在一起，解题时应从光的衍射、光电效应、光的波粒二象性知识逐层分析，逸出的光电子应带负电。
3．(河北衡水中学2019～2019学年高二下学期调研)利用金属晶格(大小约10
－10
m)作为
障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速，然后让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m 、电量为e 、初速度为零，加速电压为U ，普朗克常量为h ，则下列说法中不正确的是( D )
A ．该实验说明电子具有波动性
B ．实验中电子束的德布罗意波长为λ＝
h
2meU
C ．加速电压U 越大，电子的衍射现象越不明显
D ．若用相同动能的质子代替电子，衍射现象将更加明显
解析：实验得到了电子的衍射图样，说明电子这种实物粒子发生了衍射，说明电子具有波动性，故A 正确；由动能定理可得，eU ＝1
2m v 2－0，电子加速后的速度v ＝
2eU
m
，电子德布罗意波的波长λ＝
h
2meU
，故B 正确；由上式可知，加速电压U 越大，波长越短，衍射现象越不明显，故C 正确；物体动能与动量的关系是p ＝2mE k ，由于质子的质量远大于
电子的质量，所以动能相同的质子的动量远大于电子的动量，由λ＝h
p 可知，相同动能的质
子的德布罗意波的波长远小于电子德布罗意波的波长，越长越小，衍射现象越不明显，故D 错误；本题要求选错误的，故选D 。
4．为了观察晶体的原子排列，可以采用下列方法：
(1)用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜成像(由于电子的物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象，因此电子显微镜的分辨率高)；(2)利用X 射线或中子束得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列，则下列分析中正确的是( AD )
A ． 电子显微镜所利用的是电子的物质波的波长比原子尺寸小得多
B ．电子显微镜中电子束运动的速度应很小
C ．要获得晶体的X 射线衍射图样，X 射线波长要远小于原子的尺寸
D ．中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当
解析：由题目所给信息“电子的物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象”及发生衍射现象的条件可知，电子的物质波的波长比原子尺寸小得多，A 项正确；由信息“利用X 射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生衍射现象的条件可知，中子的物质波或X 射线的波长与原子尺寸相当，D 项正确，C 项错误。
5．下表列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波长和频率为1MHz 的无线电波的波长，由表中数据可知( ABC )
A B ．无线电波通常情况下只能表现出波动性 C ．电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性 D ．只有可见光才有波动性
解析：由于弹子球德布罗意波长极短，故很难观察其波动性，而无线电波波长为3.0×102m ，所以通常表现出波动性，很容易发生衍射，而金属晶体的晶格线度大约是10－10
m
数量级，所以波长为1.2×10
－10
m 的电子可以观察到明显的衍射现象。故选A 、B 、C 。
二、非选择题
6．已知铯的逸出功为1.9eV ，现用波长为4.3×10－
7m 的入射光照射金属铯。 (1)能否发生光电效应？
(2)若能发生光电效应，求光电子的德布罗意波波长最短为多少。(电子的质量为m ＝0.91×10
－30
kg)
答案：(1)能 (2)1.2×10－
9m
解析：(1)入射光子的能量E ＝hν＝h c λ＝6.626×10－34
×3.0×1084.3×10－7×11.6×10－19
eV ≈2.9eV 。由于E ＝2.9eV>W 0，所以能发生光电效应。
(2)根据光电效应方程可得光电子的最大初动能 E k ＝hν－W 0＝1.6×10
－19
J
而光电子的最大动量p ＝2mE k ，则光电子的德布罗意波波长的最小值 λmin ＝h p ＝ 6.626×10－
342×0.91×10－30×1.6×10－19
m ≈1.2×10－9m 。
专题二光的波动性和粒子性 考情动态分析 该专题内容，以对光的本性的认识过程为线索，介绍了近代物理光学的一些初步理论，以及建立这些理论的实验基础和一些重要的物理现象.由于该部分知识和大学物理内容有千丝万缕的联系，且涉及较多物理学的研究方法，因此该部分知识是高考必考内容之一.难度适中.常见的题型是选择题，其中命题率最高的是光的干涉和光电效应，其次是波长、波速和频率.有时与几何光学中的折射现象、原子物理中的玻尔理论相结合，考查学生的分析综合能力.此外对光的偏振降低了要求，不必在知识的深度上去挖掘. 考点核心整合 1.光的波动性 光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光的偏振现象说明光波为横波，光的电磁说则揭示了光波的本质——光是电磁波. （1）光的干涉 ①光的干涉及条件 由频率相同（相差恒定）的两光源——相干光源发出的光在空间相遇，才会发生干涉，形成稳定的干涉图样.由于发光过程的量子特性，任何两个独立的光源发出的光都不可能发生干涉现象.只有采用特殊的“分光”方法——将一束光分为两束，才能获得相干光.如双缝干涉中通过双缝将一束光分为两束，薄膜干涉中通过薄膜两个表面的反射将一束光分为两束而形成相干光. ②双缝干涉 在双缝干涉中，若用单色光，则在屏上形成等间距的、明暗相间的干涉条纹，条纹间距 L Δx和光波的波长λ成正比，和屏到双缝的距离L成正比，和双缝间距d成反比，即Δx= d λ.若用白光做双缝干涉实验，除中央亮条纹为白色外，两侧为彩色条纹，它是不同波长的光干涉条纹的间距不同而形成的. ③薄膜干涉 在薄膜干涉中，薄膜的两个表面反射光的路程差（严格地说应为光程差）与膜的厚度有关，故同一级明条纹（或暗条纹）应出现在膜的厚度相同的地方.利用这一特点可以检测平面的平整度.另外适当调整薄膜厚度.可使反射光干涉相消，增强透射光，即得增透膜. （2）光的衍射 ①条件 光在传播过程中遇到障碍物时，偏离原来的直线传播路径，绕到障碍物后面继续传播的现象叫光的衍射.在任何情况下，光的衍射现象都是存在的，但发生明显的衍射现象的条件应是障碍物或孔的尺寸与光波的波长相差不多. ②特点 在单缝衍射现象中，若入射光为单色光，则中央为亮且宽的条纹，两侧为亮度逐渐衰减的明暗相间条纹；若入射光为白光，则除中央出现亮且宽的白色条纹外，两侧出现亮度逐渐衰减的彩色条纹. （3）光的偏振 在与光波传播方向垂直的平面内，光振动沿各个方向均匀分布的光称为自然光，光振动沿着特定方向的光即为偏振光. 自然光通过偏振片（起偏器）之后就成为偏振光.光以特定的入射角射到两种介质界面上时，反射光和折射光也都是偏振光. 偏振现象是横波特有的现象，所以光的偏振现象表明光波为横波.
粒子的波动性、不确定编稿：张金虎审稿：吴嘉峰 【学习目标】 1．知道康普顿效应及其理论解释； 2．知道光具有波粒二象性，从微观角度理解光的波动性和粒子性； 3．了解概率波的含义，了解光是一种概率波． 4．知道微观粒子和光子一样具有波粒二象性； 5．掌握波长hp??的应用； 6．知道“不确定性关系”以及氢原子中“电子云”的具体含义． 【要点梳理】 要点一、粒子的波动性 1．光的散射 光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射．2．康普顿效应 （1）美国物理学家康普顿在研究X射线通过金属、石墨等物质的散射时，发现在散射的X射线中，除了有与入射波长0?相同的成分外，还有波长大于0?的成分．人们 把这种波长变长的现象叫做康普顿效应． （2）经典电磁理论的困难：散射前后光的频率不变，因而散射光的波长与入射光的波长应该相同，不应出现0??＞的散射光． （3）爱因斯坦的光子说：光子不仅具有能量Eh??，而且光子具有动量hhpc????． （4）康普顿用光子说成功解释了康普顿效应：他认为散射后X射线波长改变，是X射线光子和物质中电子碰撞的结果．由于光子的速度是光速，非常大，而物质中的电子速度相对很小，因此可以看做电子静止．碰撞前后动量和能量都守恒．碰撞后电子动量和能量增加，光子的动量和能量减小，故散射后光子的频率要减小，光子的波长变长． （5）康普顿效应进一步揭示了光的粒子性，也再次证明了爱因斯坦光子说的正确性．3．光的波粒二象性
（1）光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性，光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性．光既有波动性又有粒子性，单独使用任何一种都无法完整地描述光的所有性质，把这种性质叫做光的波粒二象性． （2）光波是一种慨率波． 光子在空间各点出现的可能性大小（概率），可以用波动规律来描述．如单个光子通过双缝后的落点无法预测，但光子遵循的分布规律可预测，（通过双缝后）产生干涉条纹，亮纹处光子到达的机会大，暗纹处光子到达的机会小． 4．光的波动性与粒子性的统一 （1）光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量．和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用，在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小（概率）由波动性起主导作用，因此称光波为概率波． （2）光子的能量跟其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此Eh??揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系． （3）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． 要点诠释：光子是能量为h?的微粒，表现出粒子性，而光子的能量与频率?有关，体现了波动性，所以光子是统一了波粒二象性的微粒，但是，在不同的条件下的表现不同，大量光子表现出波动性，个别光子表现出粒子性；光在传播时表现出波动性，光和其他物质相互作用时表现出粒子性；频率低的光波动性更强，频率高的光粒子性更强．综上所述，光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体，相互间并不是独立存在．5．再探光的双缝干涉实验 物理学家做了图甲所示的实验，帮助我们认识光的波动性和粒子性的统一．在双缝干涉的屏处放上照相底片，如果让光子一个一个通过双缝，在曝光量很小时，底片上出现如图乙所示的不规则分布的点，表现出光的粒子性．如果曝光量很大，底片上出现规则的干涉条纹反映光子分布规律，遵循波的规律，如图中丙、丁所示．要点诠释：实验表明个别光子的行为无法预测，表现出粒子性；大量光子的行为表现出波动性，在干涉条纹中，光波强度大的地方，即光子出现概率大的地方；光波强度小的地方，是光子到达机会少的地方，即光子出现概率小的地方．因此，光波是一种概率波． 要点诠释：曝光量很小时可以清楚地看出光的粒子性，曝光量很大时可以看出粒子的分
课时跟踪检测（六）粒子的波动性 1．[多选]实物粒子和光都具有波粒二象性，下列事实中突出体现波动性的是() A．电子束通过双缝实验后可以形成干涉图样 B．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 C．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 D．光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关解析：选ABC干涉是波具有的特性，电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，说明电子具有波动性，A正确；利用慢中子衍射来研究晶体的微观结构，说明中子可以产生衍射现象，具有波动性，B正确；利用电子显微镜观测物质的微观结构，说明电子可以产生衍射现象，具有波动性，C正确；光电效应现象体现的是光的粒子性，D错误。 2．[多选]下列说法中正确的是() A．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性 B．光的频率越大，波长越长 C．光的波长越长，光子的能量越大 D．光在真空中的传播速度为3.0×108 m/s 解析：选AD光既具有波动性又具有粒子性，A正确。由v＝λν知B错。由爱因斯坦光子理论ε＝hν，v＝λν，知波长越长，光频率越小，光子能量越小，C错。任何光在真空中传播速度均为3.0×108 m/s，D正确。 3．(2017·北京高考)2017年年初，我国研制的“大连光源”——极紫外自由电子激光装置，发出了波长在100 nm(1 nm＝10－9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。“大连光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用。一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎。据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h＝6.6×10－34 J·s，真空光速c＝3×108 m/s)() A．10－21 J B．10－18 J C．10－15 J D．10－12 J 解析：选B光子的能量E＝hν，c＝λν，联立解得E≈2×10－18 J，B项正确。 4．对波粒二象性的理解，下列说法错误的是() A．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应从动量方面进一步揭示了光的粒子性B．德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，而且粒子的能量和动量跟它所对应的波的
光的波动性和微粒性 1、光本性学说的发展简史 （1）牛顿的微粒说:认为光是高速粒子流.它能解释光的直进现象，光的反射现象. （2）惠更斯的波动说:认为光是某种振动，以波的形式向周围传播.它能解释光的干涉和衍射现象. 2、光的干涉 光的干涉的条件：有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。（相干波源的频率必须相同）。 形成相干波源的方法有两种： （1） 用激光（因为激光发出的是单色性极好的光）。 （2）设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等）。下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。 3、干涉区域内产生的亮、暗纹 亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ= n λ（n=0，1，2，……） 暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即δ=)12(2-n λ （n=0，1，2，……） 相邻亮纹（暗纹）间的距离：λλ∝=?d l x （此公式可以测定单色光的波长）。 用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。 4、衍射----光通过很小的孔、缝或障碍物时，会在屏上出现明暗相间的条纹，且中央条纹很亮，越向边缘越暗。 （1）各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。 （2）发生明显衍射的条件是：障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。（当障碍物或孔的尺寸小于0.5mm 时，有明显衍射现象。） （3）在发生明显衍射的条件下当窄缝变窄时亮斑的范围变大条纹间距离变大，而亮度变暗。 5、光的偏振现象：通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，称为偏振光。光的偏振说明光是横波。 6、光的电磁说 （1）光是电磁波（麦克斯韦预言、赫兹用实验证明了正确性。） （2）电磁波谱。波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ射线。各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。 S S b
粒子的波动性 1．光的波粒二象性 光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。2．光子的能量和动量 (1)能量：ε＝hν。 (2)动量：p＝h λ 。 (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＝h λ 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。 [辨是非](对的划“√”，错的划“×”) 1．光既具有粒子性，又具有波动性。(√) 2．光的干涉说明光具有波动性，光的多普勒效应说明光具有粒子性。(√) [释疑难·对点练] 对光的波粒二象性的理解 (1)光既表现出波动性又表现出粒子性，要从微观的角度建立光的行为图案，认识光的波粒二象性。
(2)大量光子易显示波动性，而少量光子易显示出粒子性；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)要明确光的波动性和粒子性在不同现象中的分析方法。 [试身手] 1．(多选)对光的认识，以下说法中正确的是( ) A ．个别光子的行为易表现为粒子性，大量光子的行为易表现为波动性 B ．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的 C ．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了 D ．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显 解析：选ABD 个别光子的行为易表现为粒子性，大量光子的行为易表现为波动性。光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，故A 、B 、D 正确。 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＝h p ；频率：ν＝ε h 。 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＝εh 和λ＝h p 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
高中物理光的波动性和微粒性知识点总结 高中物理中光的波动性和微粒性是每年高考的必考的知识点，可见其是很重要的，下面为同学们详细的介绍了光本性学说的发展简史、光的电磁说等知识点。 1.光本性学说的发展简史 (1)牛顿的微粒说:认为光是高速粒子流.它能解释光的直进现象，光的反射现象. (2)惠更斯的波动说:认为光是某种振动，以波的形式向周围传播.它能解释光的干涉和衍射现象. 光的干涉的条件是：有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。(相干波源的频率必须相同)。形成相干波源的方法有两种：⑴利用激光(因为激光发出的是单色性极好的光)。 ⑵设法将同一束光分为两束(这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等)。下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。 2.干涉区域内产生的亮、暗纹 ⑴亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ= nλ(n=0，1，2，……) ⑵暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即
δ= (n=0，1，2，……) 页 1 第 相邻亮纹(暗纹)间的距离。用此公式可以测定单色光的波长。用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。 3.衍射----光通过很小的孔、缝或障碍物时，会在屏上出现明暗相间的条纹，且中央条纹很亮，越向边缘越暗。 ⑴各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。 ⑵发生明显衍射的条件是：障碍物(或孔)的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。(当障碍物或孔的尺寸小于0.5mm 时，有明显衍射现象。) ⑶在发生明显衍射的条件下当窄缝变窄时亮斑的范围变大条纹间距离变大，而亮度变暗。 4、光的偏振现象：通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，称为偏振光。光的偏振说明光是横波。 光的电磁说5.⑴光是电磁波(麦克斯韦预言、赫兹用实验证 明了正确性。) ⑵电磁波谱。波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。
一、浅谈光的粒子性 序 人类的认识往往是在曲折中前进的，对光的认识也是如此。最初，人们对光的本质的认识有两种观点，一种认为光是一种波，而另一种观点认为光是一种粒子，即有光的粒子说和波动说两种说法并存。牛顿认为光是一种匀质硬性小球，这种观点能够较好地解释光的反射、折射及光的直线传播现象。但随着光的干涉、衍射现象的发现，使光的波动说又占了上风；而光电效应的发现，使光的粒子说又重新登上了历史的舞台。但麻烦随之而来，因为光的粒子说无法解释干涉、衍射现象，而光的波动说也无法解释光电效应。于是，有聪明人把波动性和粒子性这两种截然不同的特性揉在一起，创造出了所谓的光的波粒二象性，并且自以为对物质的认识又前进了一大步，这还不算，他们又进而推广认为一切物质都有波粒二象性，这恐怕也是没有办法的办法。就在人们为波粒二象性这种新提法而洋洋自得的时候，殊不知，却丧失了一次认识光子内部结构的极好机会。而此后，人们若要揭示光的本性，就要承受更大的压力，排除更多的干扰，做更多不必要的工作。本文将从光的干涉、衍射现象入手，全面揭示光的本性－－粒子性…… 1、光的本性――粒子性 光的本性是什么？这个问题似乎无需讨论。物理学家会告诉你，光具有波粒二象性，是一种物质波；实际上一切物体都具有波动性，只不过宏观物质的物质波较短，更多时候其表现出粒子性而已。这样
的回答不禁使人想起一个幽默： 有人问：“地球为什么是圆的？” 答曰：“因为它在转” 又问：“地球为什么在转？” 答曰：“因为它是圆的” 光是什么？━━光是一种物质波。 光为什么是物质波？━━因为它有波粒二象性。 光为什么有波粒二象性呢？━━因为它是一种物质波。 我们痛心地发现，这个简单的近乎无聊的逻辑被人滥用到了令人吃惊的程度，在当今物理学中，似乎不谈物质波、相对论就显得落伍、水平不高什么的。那么，物质波是什么东西呢？恐怕只有极少数的聪明人才知道！我从来就认为光是一种粒子。这种观点可以解释光的直线传播、反射等等现象，但是光子说的确“无法解释光的干涉、衍射现象”。长久以来，我一直在思考如何解释这个问题，而光的干涉现象、衍射现象无疑是建立光子说的最大障碍。所以要想建立光子说，必须首先突破干涉现象、衍射现象的瓶颈。如何认识光的干涉现象、衍射现象呢？我们认为需要从两个方面入手，一方面是光子内部结构问题，另一方面是引力场的问题，这两方面要统筹考虑。。牛顿的光子说仅仅把光子看作一种简单的匀质硬性小球，这实际上是对光子的内部复杂结构认识不足，我们认为，光子并不是“匀质硬性小球”，它有极其复杂的内部结构，而光的干涉现象和衍射现象实际上是我们通过引力场认识光子内部结构的极好机会。
科学家同时观察到光的粒子性与波动性(图) 上面的想象图演示的是单光子穿过干涉仪时的情景，干涉仪的输出端装有量子分光镜。图中远处可以看到正弦振荡的波形，表示的是单光子干涉，是一种波动现象。而在图片近处，观察不到振荡，说明只表现出粒子的特性。在两种极端之间，单光子的行为连续不断地从波的形式向粒子形式转变，图中显示了这两种状态 的重叠。 受艺术家毛里茨·科内利斯·埃舍尔作品的启发绘制的艺术图，显示了光在粒子态和波形态之间的连续变 化。
受艺术家毛里茨·科内利斯·埃舍尔作品的启发绘制的艺术图，显示了光在粒子态和波形态之间的连续变 化。 阿尔贝托·佩鲁佐(左)和彼得·夏伯特(右)，研究论文的并列第一作者。 实验中用以检测波粒二象性的量子光子芯片。单光子通过光纤进入环路，在输出端被极其敏感的探测器检测到。
新浪科技讯北京时间11月8日消息，长久以来，人们都知道光既可以表现出粒子的形式，也可以呈现波动的特征，这取决于光子实验测定时的方法。但就在不久之前，光还从未同时表现出这两种状态。 关于光是粒子还是波的争论由来已久，甚至可以追溯到科学最初萌芽的时候。艾萨克·牛顿提出了光的粒子理论，而詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的电磁学理论认为光是一种波。到了1905年，争论出现了戏剧性的变化。爱因斯坦提出光是由称为“光子”的粒子组成，借此解释了光电效应。他也因此获得了诺贝尔物理学奖。光电效应的发现对物理学影响深远，并为后来量子力学的发展作出了重大贡献。 量子力学在对微小粒子，如原子和光子的行为预测上，具有惊人的准确性。然而，这些预测非常违反直觉。比如，量子理论认为类似光子的粒子可以同时在不同的地方出现，甚至是同时在无穷多的地方出现，就像波的行为一样。这种被称为“波粒二象性”的概念，也适用于所有的亚原子粒子，如电子、夸克甚至希格斯玻色子等。波粒二象性是量子力学理论系统的基础，诺贝尔奖获得者理查德·费曼将其称为“量子力学中一个真正的奥秘”。 刊于《科学》杂志上的两组独立研究，利用不同的方法对光从波形态向粒子态的转变进行了测定，以揭示光的本质面貌。两组研究都来源于理论物理学家约翰·惠勒于上个世纪80年代进行
2019届高三物理二轮复习光的粒子性题型归纳 类型一、光的本性的认识 例1、关于光的本性，下列说法中正确的是（） A、关于光的本性，牛顿提出微粒说，惠更斯提出波动说，爱因斯坦提出光子说，它们 都说明了光的本性 B、光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上 的粒子 C、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 D、光的波粒二象性是将牛顿的波动说和惠更斯的粒子说真正有机地统一起来 【思路点拨】理解光的本性，波动性的特征及代表人物，粒子性的特征及代表人物。 【答案】C 【解析】光具有波粒二象性，这是现代物理学关于光的本性的认识，光的波粒二象性不同于牛顿提出的微粒说和惠更斯的波动说，是爱因斯坦的光子说和麦克斯韦的电磁说的统一。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，故ABD错误，C对。【总结升华】光既有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，这就是光的本性。 举一反三 【变式1】根据爱因斯坦的“光子说”可知（） A. “光子说”本质就是牛顿的“微粒说” B. 光的波长越大，光子的能量越小 C. 一束单色光的能量可以连续变化 D. 只有光子数很多时，光才具有粒子性 【答案】B 【解析】爱因斯坦的“光子说”与牛顿的“微粒说”本质不同，选项A错误。由 c E h λ =可 知选项B正确。一束单色光的能量不能是连续变化，只能是单个光子能量的整数倍，选项C 错误。光子不但具有波动性，而且具有粒子性，选项D错误。 【变式2】关于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，其波动性就越显著；波长越短，其粒子性就越显著 D. 光子的数量越少波动性就越显著；光子的数量越多粒子性就越显著
龙文教育学科教师辅导讲义 教师：______ 学生：______ 时间:_____年_____月____日____段 1929年，德布罗意因对实物粒子波动性的揭示而获得诺贝尔物理学奖.在授奖仪式上，瑞典物理学家卡尔·乌辛把德布罗意介绍给全体与会者，并发表了如下的讲话： “有一首每个瑞典人都很熟悉的诗是这样开头的：‘我的生活——就是波’.诗人也可以这样来表达他的思想：‘我——就是波’.他最好这样表达，这样，他的诗句也将包含着对物质性质最深刻认识的先觉.从现在起，这样的认识已是我们都能接受的了……” 3年高考平台 一、选择题 1.研究光电效应规律的实验装置如图16-1所示,以频率为ν的光照射光电管阴极K 时,有光电子产生.由于光电管K 、A 间加的是反向电压,光电子从阴极K 发射后将向阳极A 作减速运动.光电流i 由图中电流计G 测出,反向电压U 由电压表V 测出.当电流计的示数恰好为零时,电压表的示数称为反向截止电压U 0.在下列表示光电效应实验规律的图像中,错误的是（ ） 图16-1 图16-2 答案:B 2.现有a 、b 、c 三束单色光，其波长关系为λa ＞λb ＞λc .用b 光束照射某种金属时，恰能发生光电效应.若分别用a 光束和c 光束照射该金属，则可以断定（ ） A.a 光束照射时，不能发生光电效应 B.c 光束照射时，不能发生光电效应 C.a 光束照射时，释放出的光电子数目最多 D.c 光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小 答案：A 二、非选择题 3.（1）人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律.请问谁提出了何种学说很好地解释了上述规律？已知锌的逸出功为3.34 eV ，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106 m/s ，求该紫外线的波长λ（电子质量m e =9.11×10-31 kg ，普朗克常量h=6.63×10-34 J ·s,1 eV=1.60×10-19 J ）. （2）风力发电是一种环保的电能获取方式.图16-3为某风力发电站外观图.设计每台风力发电机的功率为40 kW.实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%，空气的密度是1.29 kg/m 3，当地水平风速约为10 m/s ，问风力发电机的叶片长度约为多少才能满足设计要求？
A.光的折射现象、色散现象 B.光的反射现象、干涉现象 C.光的衍射现象、偏振现象 D.光的直线传播现象、光电效应现象 （2006）19．已知能使某金属产生光电效应的极限频率为υ0， A 当用频率为2υ0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B 当用频率为2υ0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hυ0 C 当照射光的频率υ大于υ0时，若υ增大，则逸出功增大 D 当照射光的频率υ大于υ0时，若υ增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍（2006）利用图中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法：ABD A.将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄 B.将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽 C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽 D.换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄 E.去掉滤光片后，干涉现象消失 其中正确的是。 (2008年天津)16.下列有关光现象的说法正确的是A A.在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大 B.以相同入射角从水中射向空气，紫光能发生全反射，红光也一定能发生全反射 C.紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时也一定有电子向外发射 D.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度（2009 天津）7.已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光C A.在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大 B.以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大 C.从该玻璃中射入空气发生反射时，红光临界角较大 D.用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大 (2009 重庆)21.用a、b、c、d表示四种单色光，若A ①a、b从同种玻璃射向空气，a的临界角小于b的临界角； ②用b、c和d在相同条件下分别做双缝干涉实验，c的条纹间距最大 ③用b、d照射某金属表面，只有b能使其发射电子。 则可推断a、b、c、d可能分别是 A.紫光、蓝光、红光、橙光 B. 蓝光、紫光、红光、橙光 C.紫光、蓝光、橙光、红光 D. 紫光、橙光、红光、蓝光 （2010 北京）１４．对于红、黄、绿、蓝四种单色光，下列表述正确的是C Ａ．在相同介质中，绿光的折射率最大Ｂ．红光的频率最高 Ｃ．在相同介质中，蓝光的波长最短Ｄ．黄光光子的能量最小
高中物理-崭新的一页：粒子的波动性教案 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．了解光既具有波动性,又具有粒子性。 2．知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性。 3．知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。 （二）过程与方法 1．了解物理真知形成的历史过程。 2．了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性。 3．知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。 （三）情感、态度与价值观 1．通过学生阅读和教师介绍讲解,使学生了解科学真知的得到并非一蹴而就,需要经过一个较长的历史发展过程,不断得到纠正与修正。 2．通过相关理论的实验验证,使学生逐步形成严谨求实的科学态度。 3．通过了解电子衍射实验,使学生了解创造条件来进行有关物理实验的方法。 ★教学重点 实物粒子和光子一样具有波粒二象性,德布罗意波长和粒子动量关系。 ★教学难点实物粒子的波动性的理解。 ★教学方法学生阅读－讨论交流－教师讲解－归纳总结 ★教学用具： 课件：PP演示文稿（科学家介绍,本节知识结构）。多媒体教学设备。 ★课时安排 1 课时 ★教学过程 （一）引入新课 提问：前面我们学习了有关光的一些特性和相应的事实表现,那么我们究竟怎样来认识光的本质和把握其特性呢？请同时举出相应的事实基础。 学生阅读课本、思考后回答：光是一种物质,它既具有粒子性,又具有波动性。在不同条件下表现出不同特性。（分别举出有关光的干涉衍射和光电效应等实验事实）。 点评：让学生阅读课本内容结合前面所学知识进行归纳总结,形成正确观点。 教师：原来我们不能片面地认识事物,能举出本学科或其他学科或生活中类似的事或物吗？ 学生举例说明：例如哲学中对事物的辨正观点等。 点评：培养学生对事物或规律的全面把握,并与与其他学科进行横向渗透联系。
《粒子的波动性》优秀教学设计 这是一篇由网络搜集整理的关于《粒子的波动性》优秀教学设计的文档，希望对你能有帮助。 本节教材涉及物质波概念的建立和物质波的实验检验等知识，突出科学家探索物质波的历程和类比思维方法的运用，是对学生进行科学思维教育的好题材，在教学中要使学生能从科学家的工作中感悟科学探究，特别是科学家如何向固有的观念、认识挑战，提出大胆的猜想和假说，如何寻找有效的方法加以验证。 学生已经学习了光的粒子性和波动性，但是实物粒子同时具有波动性和粒子性学生较难理解，在经典物理学中，物质的波动性和粒子性是互不相容的，二者是两种不同的研究对象，波和粒子这两个概念是互相排斥的，所以实物粒子波动性的理解是教学的难点。 二、教学目标 1.通过实验分析，了解光的波粒二象性的内容，感受微观粒子运动的复杂性。 2.知道实物粒子具有波动性，领会对称的研究方法，感悟科学家的探究精神。 3.通过对物质波的实验验证内容的学习，感受实验研究这一重要的研究方法。 4.通过对科学漫步的阅读，感受科学的成就推动了技术的进步。 三、教学过程 1.辩证统一——光的波粒二象性
围绕如下几个问题展开： 问题一：前面我们学习了许多关于光的知识，光到底是什幺？你的依据又是什幺？ 学生回答后教师归纳：光有波的性质，我们称为光的波动性，光有粒子的性质，我们称为光的粒子性；光既有波动性，又有粒子性，即光具有波粒二象性。光真可谓“横看成岭侧成峰”！ 问题二：光的这两种性质有无联系？它们的关系又是怎样？ 上节学习中知道一份光子的动量、能量的基本关系式，如图1：左侧是描述物质的粒子性的重要物理量；右侧是描述物质的波动性的典型物理量。普朗克常数h架起了粒子性与波动性之间的桥梁。 问题三：光是那幺的熟悉，那幺的亲切，可人类对光的认识构成了一部科学史诗，揭开它的庐山真面目，认识它的波动性和粒子性真难！为什幺全面认识光的性质那幺难？ 教师指出：光有波粒二象性是一种实验事实，但光不是经典意义上的粒子，也不是经典意义上的波，需要借助事实去想象。光有时表现出波动性，有时表现出粒子性，它们均反映了光的本质的一个侧面。这在宏观世界看是矛盾的现象，在微观世界，却是统一的，在光身上，我们看到了波动性与粒子性的统一、连续性与间断性的统一。 【设计意图】借助图片展示、结合实验事实的讨论，以及教师的启发性讲述，帮助学生根据事实去想象、理解和把握光的多面性。 2.类比假说——粒子波动性的提出 教师讲述：当时的许多科学家对光具有波粒二象性还持怀疑态度时，有一
光的波动性和粒子性练习题 一、选择题 1．红、橙、黄、绿四种单色光子，光子能量最小的是 [] A．红光 B．橙光 C．黄光 D．绿光 2．太阳光谱中有许多暗线，它们是对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于 [ ] A．太阳表面大气层中缺少相应的元素 B．太阳内部缺少相应的元素 C．太阳表面大气层中存在着相应的元素 D．太阳内部存在着相应的元素 3．用绿光照射一光电管，能产生光电效应，欲使光电子从阴极射出时的最大初动能增大，应 [ ] A．改用红光照射 B．增大绿光的强度 C．增大光电管的加速电压 D．改用紫光照射 4．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图4-4-3所示，这时 [ ] A．锌板带正电，指针带负电 B．锌板带正电，指针带正电
C．锌板带负电，指针带正电 D．锌板带负电，指针带负电 5．设λ1、λ2是两种单色光1、2在真空中的波长，若λ1＞λ2，则这两种单色光线相比 [ ] A．单色光1的频率较小 B．玻璃对单色光1的折射率较大 C．在玻璃中，单色光1的传播速度较大 D．单色光1的光子能量较大 6．两种单色光A、B分别由垂直水平方向从水面射向水底，它们经历的时间t A＞t B，下列判断正确的是 [ ] A．A色光的波长比B色光的波长大 B．A色光的波长比B色光的波长小 C．A色光的光子能量比B色光的光子能量大 D．A色光的光子能量比B色光的光子能量小 二、计算题 7．一单色光照在金属钠的表面上时有光电子射出，当所加反向电压为3V时，光电流恰好为零，已知钠的极限频率为5000Hz，求：该单色光的频率． 8．有一功率为500W的红外线电热器，如果它辐射的红外线的频率为3.0×1014Hz，求：（1）每秒发出的光子数；（2）在距离电热器2m远处，垂直于红外线传播方向的1cm2的面积上每分钟能接收到多少个光子？
第3节粒子的波动性
一、光的波粒二象性 1．波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性． 2．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＝hν，p ＝h λ.能量ε和动 量p 是描述物质粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质波动性的典型物理量．普朗克常量h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁． 二、粒子的波动性及物质波的实验验证 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＝h p ，频率：ν＝ε h . 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＝εh 和λ＝h p 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． 判一判 (1)光的干涉、洐射、偏振现象说明光具有波动性．( ) (2)光子数量越大，其粒子性越明显．( ) (3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．( ) (4)湖面上的水波就是物质波．( ) (5)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性．( ) 提示：(1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√
做一做 (多选)对光的认识，下列说法中正确的是( ) A ．个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性 B ．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的 C ．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不具有波动性了 D ．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显 提示：选ABD.个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性；光的波动性与粒子性都是光的本质属性，因为波动性表现为粒子分布概率，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项有A 、B 、 D. 对光的波粒二象性的理解 (多选)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 ．康普顿效应表明光具有粒子性
光的波动性和光的粒子性 【教学结构】 光的波动性： 一.讲述人类对光的本性的认识过程。有益掌握教材内容的层次和系统，学生主动学习。 二. 光的干涉 1.复习机械波的叠加，干涉现象，干涉产生条件，干涉现象的成因。 2.做好双缝干涉实验，注意向学生介绍实验装置，观察实验现象。 3.光的干涉现象：用太阳光实验时光屏上有彩色条纹，中间为白色光，两侧由紫到红，用单色光实验时，屏上呈明暗相间条纹，中间为亮纹。干涉现象是波特有的现象，光的干涉现象说明光是波，但不是机械波。光的频率、波长、波速是描述光的特征量。 4.光的干涉条件：必须是相干光源产生的光叠加时才能出现 干涉现象。 杨氏相干光源：如图1所示，光线入射单缝S ，S 为光源， 双缝S 1、S 2相距很近且距离S 等距离，S 光源的光传播到S 1、 S 2时，S 1、S 2成为两个完全相同的光源，它们具有相同频率，恒 定相差。 5.光的干涉现象的成因：如图2所示。O 点距S 1、S 2距离相等，两束光到O 点时“振动”情况完全相同，叠加时互相加强， 应为明纹或白光。屏上任意一点A ，距S 1、S 2分别为L 1、 L 2，?L =L 1－L 2，?L 为光传播路程之差。 当?L n =λ时，两束光应相互加强，为明纹，n 为1、2、 3……，λ为波长。?L n =+())212λ时，两束光应相互减弱为暗纹。n 为0、1、2……。 6.薄膜干涉 演示实验：金属丝圆环蘸一下肥皂液，形成一层肥皂膜，用单色光照射肥皂膜，圆环肥皂膜上就产生明暗相间的干涉条纹。如何用光的干涉知识解释这一现象，是教学过程中的关键问题。(1)实验装置的特点，肥皂膜在重力作用下而成上薄下厚的楔形，我们虽然不能明显观察到上薄下厚，但是这样微小的厚度之差与光的波长相比还是相当大的。(2)前后膜对入射光线的反射的两列光波同频率。相差恒定满足光产生干涉的条件。(3)前后膜反射两列光波的路程不同，后膜反射光的路程与前膜反射光路之差正好为入射处膜厚度的2倍，对于不同的入射处膜厚度不同，某处膜厚度的2倍正好为波长整数倍时，该处两列光波互相加强，出现明纹，若正好半个波长的奇数倍，互相减弱则为暗纹。 薄膜干射的应用：检查精密零件表面质量，增透膜。认真阅读教科书，掌握书上的知识就可以了。关于增透膜的理解问题：只要从能量角度去分析即可顺当理解，两列反射光波互相低消，但不是能量消失，而减少反射光线，增加透过光的强度。 三.光的衍射
粒子的波动性 概率波 不确定性关系 一、光是什么？ 1、光是一种电磁波，有波长和频率 c =νλ 2、不同颜色的光在真空中传播速度都相同，等于c 3、不同颜色的光频率不同。光的颜色（频率）由光源来决定，在不同介质中传播时波速会变，但频率不变。 4、不同颜色的光在同一种介质中传播速度不相同，频率大的速度小。 二、光电效应 1、光电效应：当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。 光电子定向移动形成的电流叫光电流. 2、光电效应实验规律 （1）存在饱和电流：光照不变，增大U AK ，G 表中电流达到某一值后 不再增大，即达到饱和值。 因为光照条件一定时，K 发射的电子数目一定。 实验表明：入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越 多。 （2）存在遏止电压和截止频率 存在遏止电压U C ：使光电流减小到零的反向电压，若速度最大的是 v c ，则c 22 1eU v m c e = 实验表明：对于一定颜色(频率)的光，无论光的强弱如何，遏止电 压是一样的。光的频率改变，遏止电压也会改变。 存在截止频率c ν：经研究后发现，对于每种金属，都有相应确定的 截止频率c ν（极限频率）。 当入射光频率ν>c ν时，电子才能逸出金属表面； 当入射光频率ν< c ν时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。 （3）具有瞬时性 实验结果：即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的截止频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。 更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10 －9秒（这个现象一般称作“光电子的瞬 时发射”）。
粒子的波动性 【教学目标】 （一）知识与能力 1．了解光既具有波动性，又具有粒子性。 2．知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性。 3．知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。 （二）过程与方法 1．了解物理真知形成的历史过程。 2．了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性。 3．知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。 （三）情感、态度与价值观 1．通过学生阅读和教师介绍讲解，使学生了解科学真知的得到并非一蹴而就，需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正与修正。 2．通过相关理论的实验验证，使学生逐步形成严谨求实的科学态度。 3．通过了解电子衍射实验，使学生了解创造条件来进行有关物理实验的方法。 【教学重重点】 实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系。 【教学重难点】 实物粒子的波动性的理解。 【教学方法】 学生阅读－讨论交流－教师讲解－归纳总结 【教学器材】 课件：PP演示文稿（科学家介绍，本节知识结构）。多媒体教学设备。 【课时安排】 1 课时 【教学过程】 ◆新课导入 光一直被认为是最小的物质，虽然它是个最特殊的物质，但可以说探索光的本性也就等于探索物质的本性。历史上，整个物理学正是围绕着物质究竟是波还是粒子而展开的。 从光的直线传播、反射定律看，光很象是一种弹性良好的粒子流（用惯性、动量守恒解释）。而且，从光的折射方面考察，它和粒子之间似乎也有某种共性（譬如，网球往水中的折射，也会满足一个入射角和折射角的正弦之比为恒量的规律），因此，十七世纪，人们提出光是实物粒子流（粒子足够小、弹性足够好），持这种观点的代表是牛顿。 但是，光在传播时，也有一些用微粒说不能解释的现象，如衍射、干涉、偏振等。这些都是波动的典型特征。于是，十七世纪中叶，就已经出现了光是一种波的学说，坚持波动说
高考物理知识点：光的波动性和微粒性 1.光本性学说的发展简史 （1）牛顿的微粒说：认为光是高速粒子流。它能解释光的直进现象，光的反射现象。 （2）惠更斯的波动说：认为光是某种振动，以波的形式向周围传播。它能解释光的干涉和衍射现象。 2.光的干涉 光的干涉的条件是：有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。（相干波源的频率必须相同）。形成相干波源的方法有两种：⑴利用激光（因为激光发出的是单色性极好的光）。 ⑵设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等）。下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。 3.干涉区域内产生的亮、暗纹 ⑴亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ=nλ（n=0，1，2，……） ⑵暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍， 相邻亮纹（暗纹）间的距离。用此公式可以测定单色光的波长。用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。 4.衍射----光通过很小的孔、缝或障碍物时，会在屏上出现明暗相间的条纹，且中央条纹很亮，越向边缘越暗。
⑴各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。 ⑵发生明显衍射的条件是：障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。（当障碍物或孔的尺寸小于0。5mm时，有明显衍射现象。） ⑶在发生明显衍射的条件下当窄缝变窄时亮斑的范围变大条纹间距离变大，而亮度变暗。 5.光的偏振现象：通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，称为偏振光。光的偏振说明光是横波。 6.光的电磁说 ⑴光是电磁波（麦克斯韦预言、赫兹用实验证明了正确性。） ⑵电磁波谱。波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。 各种电磁波的产生机理分别是：无线电波是振荡电路中自由电子的周期性运动产生的；红外线、可见光、紫外线是原子的外层电子受到激发后产生的；伦琴射线是原子的内层电子受到激发后产生的；γ射线是原子核受到激发后产生的。 ⑶红外线、紫外线、X射线的主要性质及其应用举例。 ★★7.光电效应 ⑴在光的照射下物体发射电子的现象叫光电效应。（右图装置中，用弧光灯照射锌版，有电子从锌版表面飞出，使原来不带电的验电器带正电。）