选修3-5.3第三节__粒子波动性.ppt

共 42 页 情景设置 光具有粒子性,光子像其它粒子一样,有一定的动量和能量,光的干涉?衍射和偏振现象,又表明:光具有波动性.光究竟是什么?实物粒子的运动与光是否具有类似之处? 知识梳理图 【知识点】 1.光的波粒二象性;2.物质波. 1.光学的发展史 2.光的波粒二象性 光既有波动性,又具有粒子性,即光具有波粒二象性 (1)光的波动性与粒子性的统一 ①大量光子产生的效果显示其波动性,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时间延长的情况下,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很好的依据. ②光子的能量ε=hν,动量 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是描述物质波动性的共性物理量.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.它们通过普朗克常量h联系在一起,h架起了粒子性和波动性之间的桥梁. 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. ④光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。 1924年,德布罗意推想:自然界在许多方面是对称的,“波粒共存的观念可以推广到所有粒子”.既然光具有波粒二象性,则实物粒子或许也有这种二象性,在这样的推想下,德布罗意提出假设;实物粒子和光一样,也具有波粒二象性.如果用能量ε和动量p来表示实物粒子的粒子性.用频率ν和波长λ来表征实物粒子的波动性,那么,对光适用的关系式也适用于实物粒子,即: 这种与实物粒子相联系的波,后来被称为德布罗意波,也叫物质波. 3.对德布罗意物质波的理解 (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.（一切实物粒子都有波动性） (2)德布罗意是一种概率波,粒子在空间各处出现的概率受到波动规律的支配,不要以宏观观点中的波（机械波）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,即光子和实物粒子都具有粒子性,又都具有波动性,与光子对应的是电磁波,与实物粒子对应的波是物质波. 2.物质波的实验验证 干涉和衍射是波动物质的特有表现,如果实物粒子具有波动性的话,在一定条件下,也该发生干涉和衍射现象.实物粒子运动时其波长很小,根本无法观察到它的波动性.1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束的衍射实验.得到了类似右图的衍射图样,从而证明了电子的波动性. 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“微粒”是两个完全不同的概念;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. 典例分析 一?对光的波粒二象性的理解 例1: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.光和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: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,光的有些行为表现出粒子性(如光电效应),所以,不能说有的光是波,有的光 是粒子.虽然光子和电子都是微观粒子,都具有波粒二象性,但电子是实物粒子,有静止的质量;光子不是实物粒子,没有静止的质量,电子是以实物粒子存在的物质,而光子是以场的形式存在的物质,所以不能说光子和电子是同样的一种粒子,大量光子的行为往往表现出波动性, 个别光子往往显示出其粒子性,光的波长越长,波动性越显著.光的波长越短,其频率越高,其光子的能量越大,个别或少数光子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. 答案:C 巩固练习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微粒说和惠更斯的波动说真正有机统一起来的 解析:光具有波粒二象性是现代物理学说关于光的本性的认识,光的波粒二象性不同于牛