2017_2018学年高中物理第十七章波粒二象性第3节粒子的波动性学案新人教版选修3_5

3 粒子的波动性[先填空] 1.2．光子的能量和动量 (1)能量：ε＝h ν. (2)动量：p ＝hλ.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＝h ν和p ＝hλ揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系．[再判断]1．光的干涉、衍射、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．(√) [后思考]由公式E ＝h ν和λ＝hp，能看出波动性和粒子性的联系吗？【提示】 从光子的能量和动量的表达式可以看出，是h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁．[合作探讨]探讨1：认识光的波粒二象性，应从微观角度还是宏观角度？【提示】 应从微观的角度建立光的行为图像，认识光的波粒二象性． 探讨2：光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子，这句话正确吗？【提示】 不正确．光具有波粒二象性，只是有时表现为波动性，有时表现为粒子性，并不是有的光是波，有的光是粒子．[核心点击]1．对光的认识的几种学说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D．光电效应说明光具有粒子性E．波粒二象性是光的属性【解析】光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述，不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波，光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一个光子，不是牛顿微粒说中的经典微粒．某现象说明光具有波动性，是指波动理论能解释这一现象．某现象说明光具有粒子性，是指能用粒子说解释这个现象．要区分说法和物理史实与波粒二象性之间的关系．C、D、E正确，A、B错误．【答案】CDE2．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．光在传播时波动性显著，而与物质相互作用时粒子性显著D．高频光是粒子，低频光是波E．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【解析】光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显，有时候表现出的波动性较明显，E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；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C正确；频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著．D错误．【答案】 ACE光既有波动性又有粒子性，二者是统一的.光表现为波动性，只是光的波动性显著，粒子性不显著而已. 光表现为粒子性，只是光的粒子性显著，波动性不显著而已.[先填空] 1．粒子的波动性 (1)德布罗意波1924年法国巴黎大学的德布罗意提出假设：实物粒子也具有波动性，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 ν＝εh ，λ＝h p.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．电子束穿过铝箔后的衍射图样图17­3­1(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，如图17­3­1所示，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＝hp关系同样正确．②宏观物体的质量比微观粒子大得多，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．[再判断]1．一切宏观物体都伴随一种波，即物质波．(×) 2．湖面上的水波就是物质波．(×)3．电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性．(√) [后思考]既然德布罗意提出了物质波的概念，为什么我们生活中却体会不到？【提示】 平时所见的宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多，运动的动量很大，由λ＝h p可知，它们对应的物质波波长很小，因此，无法观察到它们的波动性．[合作探讨]探讨1：物质波的概念是如何提出的？【提示】 德布罗意认为光学研究中忽视了粒子性，而实物粒子中则忽视了其波动性，因此，德布罗意提出了实物粒子的波动性．探讨2：宏观物体的运动也具有波动性吗？【提示】 不管是微观粒子还是宏观运动的物体，都具有波动性，但宏观运动物体的波动性很不明显．[核心点击] 1．物质的分类(1)由分子、原子、电子、质子及由这些粒子组成的物质．(2)“场”也是物质，像电场、磁场、电磁场这种看不见的，不是由实物粒子组成的，而是一种客观存在的特殊物质．2．物质波的普遍性任何物体，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．3．求解物质波波长的方法(1)根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式p ＝mv . (2)根据波长公式λ＝h p求解．(3)注意区分光子和微观粒子的能量和动量的不同表达式．如光子的能量：ε＝h ν，动量p ＝h λ；微观粒子的动能：E k ＝12mv 2，动量p ＝mv .3．下列说法中正确的是 ( ) A ．物质波属于机械波 B ．物质波与机械波有本质区别C ．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性D ．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E ．宏观物体运动时，虽看不到它的衍射或干涉现象，但宏观物体运动时仍具有波动性 【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，A 错误B 正确；宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显，看不出来，C 错误E 正确；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 正确．【答案】 BDE4．如果一个中子和一个质量为10 g 的子弹都以103m/s 的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多长？(中子的质量为1.67×10－27kg)【解析】 中子的动量为p 1＝m 1v ， 子弹的动量为p 2＝m 2v ，据λ＝hp知中子和子弹的德布罗意波的波长分别为 λ1＝h p 1，λ2＝h p 2联立以上各式解得：λ1＝h m 1v ，λ2＝h m 2v将m 1＝1.67×10－27kg ，v ＝1×103m/s ，h ＝6.63×10－34J·s，m 2＝1.0×10－2kg 代入上面两式可解得λ1＝4.0×10－10m ，λ2＝6.63×10－35m. 【答案】 4.0×10－10m 6.63×10－35m宏观物体波动性的三点提醒1．一切运动着的物体都具有波动性，宏观物体观察不到其波动性，但并不否定其波动性．2．要注意大量光子、个别光子、宏观物体、微观粒子等相关概念的区别． 3．在宏观世界中，波与粒子是对立的概念；在微观世界中，波与粒子可以统一．学业分层测评(七) (建议用时：45分钟)[学业达标]1．在历史上，最早证明了德布罗意波存在的实验是________． 【答案】 电子束在晶体上的衍射实验 2．关于物质波，下列认识正确的是 ( )A ．任何运动的物体(质点)都对应一种波，这种波叫物质波B ．X 射线的衍射实验证实了物质波假说是正确的C ．电子的衍射实验证实了物质波假说是正确的D ．宏观物体尽管可以看成物质波，但无法观察到其干涉、衍射等现象E ．最早提出物质波的是牛顿【解析】 由德布罗意假说可判断选项A 正确E 错误；X 射线的衍射实验证实了X 射线是波长很短的电磁波，故选项B 错误；电子的衍射实验证实了电子具有波动性，故选项C 正确；宏观物体对应的物质波的波长极短，实验室无法进行实验，选项D 正确．【答案】 ACD3．关于物质波，下列说法正确的是( ) A ．速度相等的电子和质子，电子的波长长 B ．动能相等的电子和质子，电子的波长长 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E ．动量相等的粒子，其波长也相等【解析】 由λ＝h p可知，动量大的粒子的波长短，电子与质子的速度相等时，电子动量小，波长长，选项A 正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式p ＝2mE k 可知，电子的动量小，波长长，选项B 正确；动量相等的电子与中子，其波长应相等，选项C 错误E 正确；如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲的速度是乙的三倍，则甲的波长应是乙的13，选项D 错误．【答案】 ABE4．如图17­3­2所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验可以证明光具有________性．图17­3­2【解析】 弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，这是光的衍射，证明了光具有波动性，验电器铝箔有张角，说明锌板发生了光电效应现象，则证明光具有粒子性，所以该实验证明了光具有波粒二象性．【答案】 波粒二象5．关于光的波粒二象性的说法中，正确的是( ) A ．一束传播的光，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，光波与机械波是同样的一种波C ．当光和物质相互作用时表现出粒子性D ．光在传播过程中表现出波动性E ．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＝h ν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，A 错误；当光和物质作用时，是“一份一份”的，表现出粒子性，光的干涉、衍射又说明光是一种波，光既不同于宏观的粒子，也不同于宏观的波，B 错误C 、D 正确；光具有波粒二象性，光的波动性与粒子性不是独立的，由公式ε＝h ν可以看出二者是有联系的．光的粒子性并没有否定光的波动性，E 正确．【答案】 CDE6．质量为m 的粒子原来的速度为v ，物质波的波长为λ.现将粒子的速度增大为2v ，则描写该粒子的物质波的波长将变为________λ(粒子的质量保持不变)．【解析】 由题知，粒子速度为v 时，λ＝h mv ；粒子速度为2v 时，λ2＝12λ.故C 正确．【答案】 127．任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，波长是λ＝h p，式中p 是运动物体的动量，h 是普朗克常量，人们把这种波叫德布罗意波，现有一个德布罗意波长为λ1的物体1和一个德布罗意波长为λ2的物体2相向正碰后粘在一起，已知|p 1|<|p 2|，则粘在一起的物体的德布罗意波长为________．【解析】 由动量守恒p 2－p 1＝(m 1＋m 2)v 知，即hλ2－h λ1＝h λ，所以λ＝λ1λ2λ1－λ2. 【答案】λ1λ2λ1－λ28．在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近．已知中子质量m ＝1.67×10－27kg ，普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s，求德布罗意波长λ＝1.82×10－10m 的热中子动能．【解析】 根据德布罗意波长公式λ＝h p可算出中子动量大小，再由p 2＝2mE k ，即可算出热中子的动能．由λ＝h p ，p 2＝2mE k ，得E k ＝h 22m λ2，代入数据，有E k ＝3.97×10－21J. 【答案】 3.97×10－21J[能力提升]9．2002年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X 射线源．X 射线是一种高频电磁波，若X 射线在真空中的波长为λ，以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，以E 和p 分别表示X 射线每个光子的能量和动量，则E ＝________，p ＝________.【解析】 根据E ＝h ν，且λ＝h p，c ＝λν可得X 射线每个光子的能量为E ＝hcλ，每个光子的动量为p ＝hλ. 【答案】hcλhλ10．利用金属晶格(大小约10－10m)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 ，电荷量为e ，初速度为0，加速电压为U ，普朗克常量为h ，则下列说法中正确的是 ( )A ．该实验说明了电子具有波动性B ．实验中电子束的德布罗意波波长为λ＝h2meUC ．加速电压U 越大，电子的衍射现象越明显D ．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显E ．若用相同动能的中子代替电子，衍射现象将不如电子明显【解析】 得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A 正确；由德布罗意波波长公式λ＝h p，而动量p ＝2mE k ＝2meU ，两式联立得λ＝h 2meU ，B 正确；从公式λ＝h2meU可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象就越不明显，C 错误；用相同动能的质子或中子替代电子，质子的波长变小，衍射现象相比电子不明显，故D 错误E 正确．【答案】 ABE11．如图17­3­3所示为证实电子波存在的实验装置，从F 上出来的热电子可认为初速度为零，所加的加速电压U ＝104V ，电子质量为m ＝9.1×10－31kg ，普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s.电子被加速后通过小孔K 1和K 2后入射到薄的金箔上，发生衍射作用，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. 【导学号：66390021】图17­3­3【解析】 根据动能定理有eU ＝12mv 2根据动能和动量的定义式有E k ＝12mv 2＝mv22m ＝p 22m以上两式与λ＝h p联立，得λ＝h 2meU，代入数据可得λ≈1.23×10－11m. 【答案】 1.23×10－11m12．科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船，设该飞船所在地每秒每单位面积接收到的光子数为n ，光子平均波长为λ，太阳帆面积为S ，反射率100%，设太阳光垂直射到太阳帆上，飞船总质量为m .(1)求飞船加速度的表达式(光子动量p ＝hλ)；(2)若太阳帆是黑色的，飞船的加速度又为多少？【导学号：66390022】【解析】 (1)光子垂直射到太阳帆上再反射，动量变化量为2p ，设光对太阳帆的压力为F ，单位时间打到太阳帆上的光子数为N ，则N ＝nS由动量定理有F Δt ＝N Δt ·2p 所以F ＝N ·2p而光子动量p ＝h λ，所以F ＝2nShλ由牛顿第二定律可得飞船加速度的表达式为a ＝F m ＝2nShm λ. (2)若太阳帆是黑色的，光子垂直打到太阳帆上不再反射(被太阳帆吸收)，光子动量变化量为p ，故太阳帆上受到的光压力为F ′＝nShλ，飞船的加速度a ′＝nShm λ. 【答案】 (1)2nSh m λ (2)nShm λ。

3 粒子的波动性名师导航知识梳理1.光的波粒二象性，光的____________现象表明光是一种波，即光具有____________性，而光电效应现象说明光又是不持续的，是一份一份组成的，即光具有____________性，所以光是一种____________，同时也是一种____________，即光具有____________.2.任何一个实物粒子都和一个波相对应，这种波被称为____________，也称物质波.3. ____________的发觉证明了德布罗意波假说，实验表明，其他____________微观粒子也都具有波动性.4.当原子处于稳固状态时，电子会形成一个稳固的概率散布，这种概率散布称为____________.疑难冲破对德布罗意波的正确理解剖析：德布罗意波也称为“物质波”或“实物波”，是对微观粒子所具有的波动性的描述，是由法国物理学家德布罗意在1924年第一提出的.他把那时已发觉的关于波粒二象性这一事实加以推行，提出一切微观粒子也都具有波粒二象性的论点.他以为19世纪在对光的研究上，只重视光的波动性，轻忽了光的微粒性；而在对实体的研究上则过度重视了实体的微粒性，而忽略了实体的波动性.因此他提出了微观粒子也具有波性的假设，德布罗意把粒子和波通过下面的关系联系起来：粒子的能量E 和动量p 与平面波的频率ν和波长λ之间的关系正像光子与光波的关系一样，即ν=hE λ=p h 且平面波沿着粒子运动方向传播（h 为普朗克常量）.如电子衍射实验完全证明了物质波的存在，它成为成立量子力学的重要基础之一.问题探讨问题：光干与时产生明显相同条纹的原因是什么？探讨：由以前所学的知识咱们明白干与现象是光的特性，也就是说光能产生干与就说明光是一种波，但咱们还明白，光能使某些金属产生光电效应.按照量子假说，咱们不明白光是一种粒子，但粒子为何干与会形成明暗相间的条纹？要使光的干与现象既能用波解释又能用粒子解释，那只有引入概率的概念，咱们能够把干与形成的明暗相间的条纹看成是大量光子按必然的概率进行叠加形成的，也就是说光是一种概率波.探讨结论：光的干与现象是大量光子按概率叠加形成的.典题精讲【例1】 下列说法正确的是（ ）A.有的光是波，有的光是粒子B.光子与电子是一样的一种粒子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.γ射线具有显著的粒子性，不具有波动性思路解析：光同时有波粒二象性，只不过在有的情形下波动性显著，有的情形下粒子性显著，光的波长越长，越容易观察到其显示波动特性，因此A 、D 错而C 正确，光子不同于一般的实物粒子，它没有静止质量，是一个个的能量团，是光的能量最小单位.答案：C【例2】 电子经电势差为U=200 V 的电场加速,在v<<c 的情形下, 求此电子的德布罗意波长.思路解析：已知2021v m =E k =eU 所以v=02m eU λ=U U em h Uem h E m hk 22.11222000=== nm 如U=200 V,则λ=U 22.1 nm=20022.1 nm=×10-2 nm.答案：×10-2 nm知识导学 光的干与、衍射等现象说明了光具有波动性；光电效应及光子说明了光还具粒子性. 电子衍射现象说明粒子具有波动性，也能够说自然界中的任何物质都具有波粒二象性. 本节的主要任务是对前面所学知识的总结，同时从实验动身给出对波粒二象性的解释，从而达到学习光的本性的目的，而本节的难点则是从根本上理解和区别光的波粒二象性与经典波动理论的关系和对粒子波动性的正确理解.疑难导析德布罗意关于波粒二象性的思辩进程德布罗意之前，人们对自然界的熟悉，只局限于两种大体的物质类型：实物和场.可是，许多实验结果之间出现了难以解释的矛盾.物理学家们相信，这些表面上的矛盾，必将有其深刻的本源.1923年，德布罗意最先想到了那个问题，而且斗胆地假想，人们对于光子成立起来的两个关系式E =hν，p =mv=h/λ会不会也适用于实物粒子.若是成立的话，实物粒子也一样具有波动性.为了证明这一假想，1923年，德布罗意又提出了做电子衍射实验的假想.1924年，又提出用电子在晶体上做衍射实验的想法.1927年，戴维孙和革末用实验证明了电子具有波动性，不久，.汤姆孙与戴维孙完成了电子在晶体上的衍射实验.尔后，人们接踵证明了原子、分子、中子等都具有波动性.德布罗意的假想最终都取得了完全的证明.问题导思要想探讨那个问题，必需第一明白光的本性，光是一种具有电磁本性的物质，它在传播时表现为波动的性质，光波有必然的频率和波长；在和物质作历时表现出粒子性的特征，光子具有必然的能量和动量，大量光子的运动规律显示波动性，个别光子的行为显示粒子性.因此，光既有波动性，又有粒子性，光的波粒二象性是光的客观属性.典题导考绿色通道：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动身去分析解答，这种题就很容易解答了.【典题变式1】下列现象中说明光是波动性的是（）A.光的直线传播B.光的衍射C.光的干与D.光电效应答案：BC绿色通道：解此类题时关键要抓住能量守恒定律和德布罗意波波长计算公式，运动这两个知识点，即可进行解题，同时在解题的进程中还应该深挖题意.【典题变式2】求通过40 000 V电压加速的电子的德布罗意波的波长是多少？答案：×10-3 nm。

高中物理第十七章波粒二象性3粒子的波动性4概率波5不确定性关系同步备课学案新人教版选修3_5[目标定位] 1.知道光的波粒二象性，并会分析有关现象.2.理解德布罗意波和概率波的统计规律.3.了解经典的粒子和经典的波的基本特征.4.初步了解不确定性关系的内容．一、粒子的波动性1．光的波粒二象性(1)光的本性①大量光子产生的效果显示出波动性，比如干涉、衍射、偏振现象表明光在传播过程中具有波动性．②个别光子产生的效果往往显示出粒子性．比如光电效应、康普顿效应都体现了光的粒子性．③光既具有波动性又具有粒子性，光具有波粒二象性．(2)光子的能量和动量光子的能量ε＝hν和动量p＝.两式左侧的物理量ε和p描述光的粒子性，右侧的物理量ν和λ描述光的波动性，普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁．2．粒子的波动性(1)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，也叫做物质波．(2)物质波的波长、频率关系式波长：λ＝，频率：ν＝.3．物质波的实验验证(1)1927年戴维孙和G.P.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．(2)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＝和λ＝关系同样正确．【深度思考】有一位记者曾向英国物理学家、诺贝尔奖获得者布拉格请教：光是波还是粒子？布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子．”能看出光的本性到底是什么吗？答案光具有波粒二象性是指光既具有波动性，又具有粒子性，有时波动性明显，有时粒子性更明显，但是，波动性和粒子性是不可分割的，是从不同角度所观察到的不同性质．【例1】(多选)关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是( ) A．波粒二象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．能量较大的光子其波动性较显著D．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性解析光的波粒二象性是指光波同时具有波和粒子的双重性质，有时表现为波动性，有时表现为粒子性．大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显．不同频率的光，频率越高，粒子性越显著，频率越低，波动性越显著．答案ABD 对于不同频率的光，频率越高，光的粒子性越强；频率越低，光的波动性越强．【例2】下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是( )A．光波是一种物质波B．X光的衍射证实了物质波的假设是正确的C．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性解析宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍具有波动性，D项错；X光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的存在，B项错，只有C项正确．答案C 【例3】电子经电势差为U＝200 V的电场加速，电子质量m0＝9.1×10－31kg，求此电子的德布罗意波长．解析已知m0v2＝Ek＝eUp＝hλEk＝p22m0所以λ＝＝h2em0U把U＝200 V，m0＝9.1×10－31 kg，代入上式解得λ≈8.69×10－2 nm.答案8.69×10－2 nm德布罗意波长的计算(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λ＝计算德布罗意波长．二、概率波1．经典的粒子和经典的波(1)经典的粒子①粒子有一定的空间大小，有一定的质量，有的还具有电荷量，遵循牛顿运动定律．②运动的基本特征：任意时刻有确定的位置和速度，以及时空中有确定的轨道．(2)经典的波基本特征是：具有确定的频率和波长，即具有时空的周期性．2．概率波(1)光波是一种概率波光的波动性不是光子之间相互作用引起的，而是光子自身固有的性质，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以，光波是一种概率波．(2)物质波也是一种概率波对于电子和其他微观粒子，单个粒子的位置是不确定的，但在某点出现的概率的大小可以由波动的规律确定．对于大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果，所以物质波也是概率波．【例4】物理学家做了一个有趣的双缝干涉实验：在光屏处放上照相用的底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝．实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹．对这个实验结果有下列认识，其中正确的是( ) A．曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的波动性B．单个光子通过双缝后的落点可以预测C．只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性D．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方解析曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的粒子性，选项A错误；单个光子通过双缝后的落点不可以预测，在某一位置出现的概率受波动规律支配，选项B错误；大量光子的行为才能表现出光的波动性，干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方，选项C错误，D正确．答案D解答本类型题时应把握以下两点：(1)光具有波粒二象性，光波是一种概率波．(2)单个光子的落点位置是不确定的，大量光子的落点位置服从概率分布规律．三、不确定性关系1．定义在经典物理学中，可以同时用质点的位置和动量精确描述它的运动，在微观物理学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的，这种关系叫不确定性关系．2．表达式其中以ΔxΔp≥.表示粒子在Δx表示粒子位置的不确定量，以Δp方向上的动量的不确定量，xh是普朗克常量．【例5】(多选)关于不确定性关系ΔxΔp≥有以下几种理解，其中正确的是( )A．微观粒子的动量不可确定B．微观粒子的位置坐标不可确定C．微观粒子的动量和位置不可能同时确定D．不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观粒子解析不确定性关系表示确定位置、动量的精度相互制约，此长彼消，当粒子的位置不确定性小时，粒子动量的不确定性大；反之亦然．故不能同时准确确定粒子的位置和动量．不确定性关系是自然界中的普遍规律，对微观世界的影响显著，对宏观世界的影响可忽略，故C、D正确．答案CD理解不确定性关系时应注意的问题(1)对子弹这样的宏观物体，不确定量是微不足道的，对测量准确性没有任何限制，但对微观粒子却是不可忽略的．(2)在微观世界中，粒子质量较小，不能同时精确地测出粒子的位置和动量，也就不能准确地把握粒子的运动状态. 1．(对光的波粒二象性的理解)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表现出粒子性答案C 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．有些行为(如光电效应)表现出粒子性，A错误；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B错误；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，即波动性越显著；光的波长越短，其粒子性越显著，故选项C正确，D错误．2．(对物质波的理解)关于物质波，以下说法正确的是( ) A．实物粒子具有粒子性，在任何条件下都不可能表现出波动性B．宏观物体不存在对应波的波长C．电子在任何条件下都能表现出波动性D．微观粒子在一定条件下能表现出波动性答案D 解析一切运动的粒子，包括宏观及微观粒子，都具有波动性．3．(对物质波的理解)一颗质量为10 g的子弹，以200 m/s的速度运动着，则由德布罗意理论计算，要使这颗子弹发生明显的衍射现象，那么障碍物的尺寸为( )B．1.8×10－11 mA．3.0×10－10 mD．无法确定C．3.0×10－34 m答案C 解析λ＝＝＝m≈3.32×10－34 m，故能发生明显衍射的障碍物尺寸应为选项C. 4．(对概念波的理解)(多选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上．假设现在只让一个光子能通过单缝，那么该光子( )A．一定落在中央亮纹处B．一定落在亮纹处C．可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大答案CD 解析根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达95%以上．当然也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，只不过落在暗处的概率很小而已，故只有C、D正确．5．(对不确定性关系的理解)(多选)根据不确定性关系ΔxΔp≥，判断下列说法正确的是( )A．采取办法提高测量Δx精度时，Δp的精度下降B．采取办法提高测量Δx精度时，Δp的精度上升C．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关D．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关答案AD 解析不确定性关系表明，无论采用什么方法试图确定位置坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定性关系所给出的限度．故A、D正确.题组一对光的波粒二象性的理解1．(多选)说明光具有粒子性的现象是( )B．光的干涉A．光电效应D．康普顿效应C．光的衍射答案AD 2．(多选)关于光的波粒二象性，下列说法正确的是( )A．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性B．光电效应现象说明光具有粒子性C．频率高的光只具有粒子性，不具有波动性D．无线电波只具有波动性，不具有粒子性答案AB 解析光电效应、康普顿效应能说明光具有粒子性；光的干涉、衍射现象能说明光具有波动性；频率高的光粒子性明显，但也具有波动性；无线电波是电磁波，既具有波动性也具有粒子性．3．(多选)在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是( ) A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样B．单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样C．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏D．单个光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性答案AD 4.如图1所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验( )图1A．只能证明光具有波动性B．只能证明光具有粒子性C．只能证明光能够发生衍射D．证明光具有波粒二象性答案D 解析弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，这是光的衍射，证明了光具有波动性，验电器铝箔有张角，说明锌板发生了光电效应现象，则证明光具有粒子性，所以该实验证明了光具有波粒二象性，D正确．题组二对物质波的理解5．下列说法中正确的是( )A．质量大的物体，其德布罗意波长短B．速度大的物体，其德布罗意波长短C．动量大的物体，其德布罗意波长短D．动能大的物体，其德布罗意波长短答案C 解析由物质波的波长λ＝，得其只与物体的动量有关，动量越大其波长越短．6．(多选)下列物理实验中，能说明粒子具有波动性的是( ) A．通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系，证明了爱因斯坦光电效应方程的正确性B．通过测试多种物质对X射线的散射，发现散射射线中有波长变大的成分C．通过电子双缝实验，发现电子的干涉现象D．利用晶体做电子束衍射实验，证实了电子的波动性答案CD 解析干涉和衍射是波特有的现象，由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线散射中有波长变大的成分，并不能证实物质波理论的正确性，即A、B不能说明粒子的波动性．7．(多选)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1 MHz的无线电波的波长，根据表中数据可知( )AB．无线电波通常只能表现出波动性C．电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性D．只有可见光才有波粒二象性答案ABC解析弹子球的波长相对太小，所以检测其波动性几乎不可能，A 正确；无线电波波长较长，所以通常表现为波动性，B正确；电子波长与金属晶体尺度差不多，所以能利用金属晶体观察电子的波动性，C正确；由物质波理论知D错误．8．(多选)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，方法是使电子通过电场加速后，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，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是( )A．该实验说明了电子具有波动性B．实验中电子束的德布罗意波长为λ＝h2meUC．加速电压U越大，电子的衍射现象越明显D．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显答案AB解析得到了电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A正确；由德布罗意波长公式得λ＝hp而动量p＝＝2meU两式联立得λ＝，B正确；由λ＝可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象越不明显，C错误；用相同动能的质子替代电子，质子的波长小，其衍射现象不如电子的衍射现象明显，故D错误．题组三对概率波的理解9．(多选)下列各种波是概率波的是( )A．声波B．无线电波C．光波D．物质波答案CD解析声波是机械波，A错；电磁波是一种能量波，B错；由概率波的概念和光波以及物质波的特点分析可以得知光波和物质波均为概率波，故C、D正确．10．(多选)以下说法中正确的是( )A．光波和物质波都是概率波B．实物粒子不具有波动性C．光的波动性是光子之间相互作用引起的D．光通过狭缝后在屏上形成明暗相间的条纹，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定答案AD解析光波和物质波都是概率波，可通过波动规律来确定，故A、D 正确，B错误；光的波动性是光的属性，不是光子间相互作用引起的，C错误．11．(多选)1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一．如图2所示的是该实验装置的简化图．下列说法正确的是( )图2A．亮条纹是电子到达概率大的地方B．该实验说明物质波理论是正确的C．该实验说明了光子具有波动性D．该实验说明实物粒子具有波动性答案ABD 解析该实验说明物质波理论是正确的，实物粒子也具有波动性，亮条纹是电子到达概率大的地方，不能说明光子具有波动性，故A、B、D正确，C错误．题组四对不确定性关系的理解12．(多选)由不确定性关系可以得出的结论是( ) A．如果动量的不确定范围越小，则与它对应位置坐标的不确定范围就越大B．如果位置坐标的不确定范围越小，则动量的不确定范围就越大C．动量和位置坐标的不确定范围之间的关系不是反比例函数D．动量和位置坐标的不确定范围之间有唯一的确定关系答案ABC 13．(多选)在单缝衍射实验中，从微观粒子运动的不确定性关系可知( )A．缝越窄，粒子位置的不确定性越大B．缝越宽，粒子位置的不确定性越大C．缝越窄，粒子动量的不确定性越大D．缝越宽，粒子动量的不确定性越大答案BC 解析由不确定性关系ΔxΔp≥知缝宽时，位置不确定性越大，则动量的不确定性越小，反之亦然，因此选项B、C正确．。

粒子的波动性★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。

（二）进行新课1、光的波粒二象性教师：讲述光的波粒二象性。

在学生的辨析说明下进行归纳整理。

（1）我们所学的大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。

光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。

粒子的波动性★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。

（二）进行新课1、光的波粒二象性教师：讲述光的波粒二象性。

在学生的辨析说明下进行归纳整理。

（1）我们所学的大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。

光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。

第十七章波粒二象性第3节粒子的波动性★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．领会对称性的研究方法，培养类比思想方法。

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，感悟科学家的探求精神。

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。

4．通过对科学漫步的阅读，感受科学的成就推动了技术的发展★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：PPT演示文稿、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？课件展示：有这样一则故事，一名记者曾经这样问英国物理学家、诺贝尔奖获得者布拉格教授：光到底是波还是粒子呢？如果是你，你讲如何回答这个问题？提问，学生回答：光既是粒子，也是波。

教师：布拉格教授会如何回答这个问题呢？（展示课件）布拉格幽默地回答道：“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。

”教师提出问题，引出课题：那么光的本质到底是什么呢？（二）进行新课1、光的波粒二象性教师：让我们一起来回顾一下光的本性认识的发展史。

（展示课件）学生观看课件，思考后回答：光是一种物质，它既具有粒子性，又具有波动性。

光的性质实验事实 描述的物理量 波动性粒子性请学生思考回答，填写表格。

第3节粒子的波动性一样具有波粒二象性.3•了解德布罗意波和粒子动量的关系.西导知埜知探 -----------------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.h2.光子的能量和动量：光子的能量£和动量p 可分别表示为：£ = h V , p =「能量入£和动量P 是描述物质粒子性的重要物理量；波长 入和频率V 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.1. (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. ()提示：⑴ V (2) X (3) V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：h£波长：入=-频率：V = H.Ph2. 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£h的V 和入=p 关系同样正确.1.知道光具有波粒二象性， 区分光的波动性和粒子性.2.知道实物粒子和光子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.rrSDH^l2. (1) 一切宏观物体都伴随一种波，即物质波. ()(2) 湖面上的水波就是物质波.()(3) 电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性. ()提示：⑴X (2) X (3) V多维课堂师生互动* --------------------------- 熒脏竪癱讲练提升——知识点一对光的波粒二象性的理解釦1A. 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］同一种光在不同条件下，有时表现出波动性，有时表现出粒子性，A错.电子是实物粒子，有静止质量；光子无静止质量，以场的形式存在，B错.光的波长越长(频率越低)，其波动性越显著，反之，粒子性越显著，C对.大量光子的行为往往表现出波动性，D错.［答案］C :静I0」；一芈 光既有波动性又有粒子性，二者是统一的•光的波长越长，波动性越强， 波长越短，粒子性越强•个别光子易显示粒子性，大量光子易显示波动性.知识点二物质波的理解和波长计算1 •对物质波的理解(1) 任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，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) 粒子在空间各处出现的几率受统计规律支配，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.2•计算物质波波长的方法(1) 根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式h(2) 根据波长公式 入=-求解.P⑶注意区分光子和微观粒子的能量和动量的不同表达式. h1 2量 p =—; 微观粒子的动能： E<=$mv ，动量 p = mv金找初| ”门对物质波的理解釦三下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是 ( )A. 任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波B. X 光的衍射证实了物质波的假设是正确的C. 电子的衍射证实了物质波的假设是正确的D. 宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性 ［解析］运动的物体才具有波动性， A 项错；宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太 小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍具有波动性， D 项错；X 光是波长极短的电磁波,是光子，它的衍射不能证实物质波的存在，B 项错.［答案］C命题视角2物质波波长的计算 例吕 如果一个中子和一个质量为 10 g 的子弹都以103 m/s 的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多长？(中子的质量为1.67 x 10 一27 kg)［解析］中子的动量为p 1 = mv ,p = mv如光子的能量：£ = h v ,动子弹的动量为p2 = mv,据入=知中子和子弹的德布罗意波的波长分别为ph h入1= , 入2 =—P1 P2联立以上各式解得：入1= ,入2 =mv mv将m= 1.67 x 10 _27 kg , v= 1x 103 m/s , h = 6.63 x 10 一34 J • s, m= 1.0 x 10 _2 kg 代入上面两式可解得入1= 4.0 x 10一1°m ,入2= 6.63 x 10 一35 m.［答案］4.0 x 10 -10 m 6.63 x 10-35 mh 化代…-冲本题考查德布罗意波的波长计算. 一般先求出动量，再由公式入=-求德p布罗意波的波长•注意将各物理量统一采用国际制单位.疑难突破¥ 思维升华*-------------------------- 以欄说法融變旁通——典型问题一一人类对光的本性认识历程光的本性是什么？从牛顿的光的微粒说，到托马斯•杨和菲涅耳的光的波动说，从麦克关于光的本性，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粒子说和惠更斯的波动说真正有机地统一起来［解析］光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述，不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波，光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一个光子，不是牛顿微粒说中的经典微粒. 某现象说明光具有波动性，是指波动理论能解释这一现象；某现象说明光具有粒子性，是指能用粒子说解释这个现象. 要区分说法和物理史实与波粒二象性之间的关系.选项C正确、选项A、B、D错误.［答案］C7即尸即红（多选）人类对光的本性的认识经历了曲折的过程•下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是（）A牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B. 光的双缝干涉显示了光的波动性C. 麦克斯韦预言了光是一种电磁波D. 光具有波粒二象性解析：选BCD•牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，显然选项A错误；干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，选项B正确；麦克斯韦根据光的传播不需要介质，以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等，认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，选项C正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，选项D正确.分层演练▼巩固落％ ___________________ ------ 肛练促学补短扬忙——［随堂达标］1. （2016 •哈尔滨高二检测）下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是（）A. 光的色散和光的干涉B. 光的干涉和光的衍射C. 泊松亮斑和光电效应D. 光的反射和光电效应解析：选 C.光的干涉、衍射、泊松亮斑是光的波动性的证据，光电效应说明光具有粒子性，光的反射和色散不能说明光具有波动性或粒子性，故选项C正确.2. 对光的认识，以下说法正确的是（）A. 光波和声波的本质相同，都具有波粒二象性B. 光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的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D.光波是电磁波，具有波粒二象性，声波是机械波，是振动在介质中的传播, 二者本质不同，A 错；光的干涉、衍射现象，这属于波的特征，微粒说无法解释•光电效应现象用波动说无法解释， 而用光子说可以完美地进行解释，证实光具有粒子性•因此， 光既具有波动性，又具有粒子性， B 错；光的波动性与粒子性都是光的本质属性，只是表现明显 与否，不容易观察并不说明不具有，C 错；波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现，是同一客体的两个不同侧面、不同属性，我们无法只用其中一种去说明光的一切行为， 只能 认为光具有波粒二象性， D 对.3.下列说法中正确的是 （）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、太阳都具有 一种波和它对应，这种波叫做物质波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：选 C.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1 23 1 23―nm ,由于电压 U = 220 V ,代入上式得 入nm = 8.29 X 10 nm = U 220一 11答案：8.29 X 10 m［课时作业］［学生用书P82（独立成册）］、单项选择题 1. 关于光的波动性与粒子性，以下说法正确的是（ ）A 爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说 B. 光电效应现象说明了光的粒子性具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显，只有选项C 正确.4.电子经电势差为长.（已知：电子质量为 U= 220 V 的电场加速，在 v <c 的情况下，求此电子的德布罗意波 一 31 __ 一 199.11 X 10 kg ，电子电荷量为 1.6 X 10 C ）解析：在电场作用下j mV = eU 得v =、J 響,根据德布罗意波长 入=舟得=_h ___ L=mv = 2meU —118.29 X 10 m.C. 光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一D. 以上说法均错误解析：选B.爱因斯坦的光子说并没有否定电磁说，只是在一定条件下光是体现粒子性的，A 错；光电效应说明光具有粒子性，说明光的能量是一份一份的, 粒子性不是孤立的，而是有机的统一体，C 错.2. 下列说法正确的是（）A. 光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点B. 光不具有波动性C. 由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只 能认为光具有波粒二象性D. 实物粒子和光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是相同本质的物质 解析：选 C.光的波动性和光的粒子性不同于宏观的机械波和粒子，属于微观世界， A错误；光既具有波动性又具有粒子性，B 错误；光的波动性和粒子性是光的行为，即光具有波粒二象性，C 正确；实物粒子虽然与光子具有某些相同的现象，但粒子是实物，而光则是 传播着的电磁波，其本质不同，D 错误.3.如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们也相等的是（ ）A. 速度B .动能C.动量D.总能量h解析：选C.根据德布罗意波的波长公式 入=h 可知，如果电子的德布罗意波长与中子相 等，则电子与中子一定具有相同的动量，故C 项正确.4. （2016 •昆明高二检测）X 射线是一种高频电磁波，若 X 射线在真空中的波长为 入， 以h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，以 E 和p 分别表示X 射线每个光子的能量和动 量，则（）h 入 h 入B. Ep M，且“ p , e iv 可得X 射线每个光子的能量为E =亍每个光子的动量为，故选D. 入5.影响显微镜分辨率本领的一个因素是衍射，衍射现象越明显，分辨本领越低.使用电子束工作的电子显微镜有较高的分辨本领， 它利用高压对电子束加速， 最后打在感光胶片上来观察显微图像.以下说法正确的是（ ）B 对；光的波动性和heC. E =亍，p = 0he hD E=T ，P =T解析：选D.根据E = h vA. 加速电压越高，电子的波长越长，分辨本领越强B. 加速电压越高，电子的波长越短，衍射现象越明显C. 如果加速电压相同，则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领强D. 如果加速电压相同，则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领弱解析：选C.设加速电压为U,电子电荷量为e,质量为m则有E k=寸mV= eU= 2pm又ph h h=〒，故eU= 2m入2，可得入=；；emU对电子来说，加速电压越高，入越小，衍射现象越不明显，故选项A、B错误；电子与质子比较，因质子质量比电子质量大得多，可知质子加速后的波长要小得多，衍射现象不明显，分辨本领强，故选项C正确，选项D错误.二、多项选择题6. （2016 •山西临汾高二检测）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. 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解析：选AD.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；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.7. 下列说法中正确的是（）A. 光的干涉和衍射说明光具有波动性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 x 108 m/s解析：选AD.干涉和衍射现象是波的特性，说明光具有波动性，选项A正确；光的频率越大，波长越短，光子能量越大，故选项B、C错误；光在真空中的传播速度为3x 108m/s ,故选项D正确.& （2015 •高考江苏卷）波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有（）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：选AB.光电效应现象、黑体辐射的实验规律都可以用光的粒子性解释，选项A正确，选项C错误；热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，选项B正确；由h 2德布罗意波长公式入=-和p = 2mE知动能相等的质子和电子动量不同，德布罗意波长不相P等，选项D错误.B . pE h 2D.EphE 入 E解析：选AC •根据C =^v, E = h v ,入=p ,即可解得光的速度为 〒或p ,故选A C.p 1 1p 10. 根据物质波的理论，下列说法正确的是（）A. 微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B. 微观粒子和宏观物体都具有波动性C. 宏观物体的波动性不易被察觉，因为它的波长太长D. 速度相同的质子和电子，电子的波动性更为明显解析：选BD. 一切运动物体都有一种波与它相对应，所以宏观物体也具有波动性，选项 A 错误，选项B 正确；物质波的波长与其动量成反比，因宏观物体的动量较大，所以其德布 罗意波长非常短，不易观察到其衍射现象，选项C 错误；速度相同的质子和电子， 电子的质量较小，动量较小，物质波的波长较长，故波动性明显，选项D 正确.三、非选择题 11.金属晶体中晶格大小的数量级是 10「1° m .电子经电场加速，形成一电子束，电子束照射该金属晶体时，获得明显的衍射图样•问这个加速电场的电压约为多少？ （已知电子的电荷量 e = 1.6 x 10 一19 C ,质量 仆 0.90 x 10 一30 kg ）解析：据波长发生明显衍射的条件可知， 当运动电子的德布罗意波波长与晶格大小差不多时，可以得到明显的衍射现象.设加速电场的电压为 U,电子经电场加速后获得的速度为v ,对加速过程由动能定理得1 2eU= 2>mv ①据德布罗意物质波理论知，电子的德布罗意波长 入」，②p其中p = mv ③解①②③方程组可得 U == 153 V.2em^9. 频率为v 的光子，德布罗意波波长为h入=-,能量为E ,则光的速度为（EC.P答案：153 V 12.科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船， S,反射率100%设太阳单位面积接收到的光子数为 n ,光子平均波长为入，太阳帆面积为 光垂直射到太阳帆上，飞船总质量为m（1） 求飞船加速度的表达式（光子动量p =—）; （2）若太阳帆是黑色的，飞船的加速度又为多少？解析：（1）光子垂直射到太阳帆上再反射， 动量变化量为2P ,设光对太阳帆的压力为 F ,单位时间打到太阳帆上的光子数为 N,贝U N= nS,由动量定理有 F A t =NA t •2p ,所以F =十,「曰 h 十,2nShN-2p ,而光子动量，所以F =.— —由牛顿第二定律可得飞船加速度的表达式为F 2nSh a =m = m —.（2）若太阳帆是黑色的，光子垂直打到太阳帆上不再反射 （被太阳帆吸收），光子动量变2-Sh -S 答案：（1）n — (2) n —化量为p ,故太阳帆上受到的光压力为F'-—,飞船的加速度 a ' —-Shn — •。

第十七章波粒二象性[自学导案]一、自主学习：认真阅读课本28-33，思考并回答下列问题。

（一）能量子：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量ε的______倍，这个不可再分的最小能量值ε称为能量子。

能量子的表达式：ε=__________ （其中普朗克常量h=6.626 10-34J·S）（二）光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的从表面逸出的现象，叫光电效应，发射出来的电子被称为__________。

（1）光电效应的规律：①存在着________电流，入射光越___ _，____ _电流越大，即单位时间内发射的光电子数目越。

②存在着________电压Uc和________频率νc。

光电子的能量只与入射光的有关，与入射光的无关。

③入射光频率截止频率时，不发生光电效应。

（2）逸出功：使电子脱离某种金属所做功的__________值，称做这种金属的逸出功W0。

（3）光子说：在空间传播的光不是__________，而是一份一份的，每一份称为__________，光子的能量E=__________（4）光电效应方程：_______ ___________光电效应方程表明，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光强度________。

只有当hν_____ W0时，才有光电子逸出。

ν0= W0/h就是光电效应的__________。

（三）光的波粒二象性：光既具有__________，又有__________。

（四）物质波：实物粒子也具有性，叫做物质波，又叫波。

波长= 。

[例题研究]例1：在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、乙光、丙光)，如图1－2－6所示．则可判断出：（）A．甲光的频率大于乙光的频率B．乙光的波长大于丙光的波长C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能单色光例2：如图所示是做光电效应实验的装置简图。

第三节 粒子的波动性
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1．光的波粒二象性
(1)
(2)光子的能量和动量：能量表达式ε＝h ν，动量表达式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＝h ν和p ＝
h λ揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系。

2．粒子的波动性及实验验证
(1)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对应，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＝h
ε。

(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G.P.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：
(a)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＝h
和λ＝h p 关系同样正确。

(b)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动性。