2017-2018学年高中物理人教版选修3-5教学案：第十七章第3节粒子的波动性高品质版.docx

第 3 节 粒子的波动性 1．光的干涉、 衍射、偏振现象说明光具有波动性， 光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性； 即 光具有波粒二象性。 2．光子的能量 ε＝hν和动量 p＝ h是描述物质的粒 λ 子性的重要物理量， 揭示了光的粒子性和波动 性之间的密切关系。 3．德布罗意波又叫物质波， 其波长和频率分别为： h ε λ＝ ，ν＝ 。 p h 一、光的波粒二象性 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 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揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关 λ 系，普朗克常量 h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁。 二、粒子的波动性及实验验证 1． 粒子的波动性 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。 物质波的波长、频率关系式： h波长：λ＝p  ε 频率： ν＝ h。 2． 物质波的实验验证 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。 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。 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 ε h 出的 ν＝ 和 λ＝ 关系同样正确。 h p 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。 1． 自主思考 —— 判一判 德布罗意认为实数粒子也具有波动性。(√ ) 光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦电磁理论。(× ) 波长较长的光只有波动性，没有粒子性。(× ) 向前飞行的子弹具有波动性。 (√ ) 2． 合作探究 —— 议一议 光的波动性与粒子性跟光波频率高低、波长的长短有怎样的关系？ 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。 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，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。 对光的波粒二象性的理解 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，从麦克斯韦的光的电磁说到爱因斯坦的光子说。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： 波粒二 学说名称 微粒说 波动说 电磁说 光子说 象性 代表人物 牛顿 惠更斯 麦克斯韦 爱因斯 坦 能在真空 光既有 中传播， 光电效 波动现 光的直线传 光的干 是横波， 应、康 实验依据 象，又有 播、光的反射 涉、衍射 光速等于 普顿效 粒子特 电磁波的 应 速度 征 光是具 有电磁 光是由 光是一 本性的 光是一群弹 光是一种 一份一 内容要点 种机械 物质，既 性粒子 电磁波 份光子 波 有波动 组成的 性又有 粒子性 2． 对光的波粒二象性的理解 基础实验 表现 说明 (1) 光子在空间各点出现的 (1) 光的波动性是光子本 可能性大小可用波动规律 身的一种属性，不是光子 光的波动性 干涉和衍射 来描述 之间相互作用产生的 (2) 足够能量的光在传播时， (2) 光的波动性不同于宏 表现出波的性质 观观念的波 光的粒子性 光电效应、康普 (1) 当光同物质发生作用时， (1) 粒子的含义是“不连 顿效应 这种作用是“一份一份” 续”“一份一份”的 进行的， 表现出粒子的性质 (2) 光子不同于宏观观念 (2) 少量或个别光子容易显 的粒子 示出光的粒子性 [典例 ] (多选 )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．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 [思路点拨 ] 解答本题应注意以下三个方面： 光子与实物粒子的区别。 光的波粒二象性是光的本性。 光显示波动性或粒子性是有条件对应的。 [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， A 错误；虽 然光子和电子