高中物理第十七章波粒二象性3粒子的波动性教材梳理素材新人教版选修3-5

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1、3粒子的波动性疱丁巧解牛知识•巧学一、光的波粒二象性1.光学发展史学说微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性代表人物牛顿惠更斯麦克斯韦爱因斯坦公认年代17世纪17世纪19世纪中20世纪初20世纪初2.光的波粒二象性光既有波动性，又有粒子性，我们把光的这种性质叫做光的波粒二象性.光的干涉、衍射、偏振现象，证明光具有波动性.光电效应、康普顿效应和光子说明光具有粒子性，无法用某一性质解释所有现象•事实上，光子既有粒子的特征，又有波的特征,即光具有波粒二象性.深化升华能量E和动量p是描述物质的粒子性的重要的物理量；波长X或频率v是描述物质的波动性的典型

2、物理量•光电效应现象中提出光子能量与光的频率有关，康普顿效应中光子的动量与光的波长有关等内容，在体现光的粒子性的同时，也体现了光的波动性.3.光的波动性与粒子性的统一(1)大量的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，粒子性充分体现；但是如果在微弱的光照射进间加长的情况下，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

3、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，和其他物质相互作用吋，粒子性起主导作用.(3)光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E二hv,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t的光，波动性特征显著；而频率高、波反短的光，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，相互间并不独立存在.联想发散描述光的性质的基本关系式E二hv和p二彳中，能量E和动量p是描述物质的

4、粒子A性的重要物理量；频率V或波长X是描述物质的波动性的典型物理量.两式左侧的物理量E和p描述光的粒子性，右侧的物理量v和X描述光的波动性，它们通过普朗克常量h联系在一起.深化升华光的粒子性、波动性及对立、统一.项目内容说明光的粒子性当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质粒子的含义是“不连续”“一份一份”的•光的粒子性中的粒子是不同于宏观观念的粒子光的波动性①足够能量的光在传播时，表现出波的性质②光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的.光的波动

5、性不同于宏观概念的波(概率)可用波动规律来描述波动性和粒子性的对立、统一宏观世界：波和粒子是相互对立的概念•微观世界：波和粒子是统一的光子说并未否定波动性，E二he/入中，c和入就是波动的概念二、粒子的波动性1.德布罗意波假说：任何一个实物粒子都和一个波相对应，这种波称为德布罗意波.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.2.徳布罗意波波长与动量的关系：如果用能量E和动量p来表征实物粒子的粒子性，用频率v和波长X來表征实物粒子的波动性.那么

6、，对光适用的关系式也适用于实物粒子，即：EV=—,hX=-,这种与实物粒子相联系的波后来称为德布罗意波，也叫做物质波.其中XP是徳布罗意波长，h是普朗克常量，P是相应的实物粒子的动量.深化升华(1)我们平时所看到的宏观物体，其运动时，我们看不出它们的波动性来，但也有一个波长与之对应，例如飞行子弹的波长约为IO-3'1m,这个波长实在是太小了.(2)波粒二彖性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性；宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以观测.3.理论分析：要验证实物粒子的徳布罗意波真的存在，必须要看实物粒子能否发生衍射.三、物质波的

7、实验验证1.德布罗意假说的实验探索思路人们知道，干涉、衍射是波动性质特有的表现.如果实物粒子具有波动性的话，在一定条件下，也该发生衍射现彖.为了证实粒子具有波动性质，我们先估汁一下实物粒子波长的数量级，看看它实现衍射所需要的条件，对质量为1g、速度为1cm/s的物体来说，它的34波长为「带:爲沪6.63X105.这么小的波长，比宏观物体的尺度小得多，根本无法观察到它的波动性•而一个原来静止的电子，在经过100V电压加速后，徳布罗意波长约为0.12nm,因此有可能观察到电子的波动性.2.德布罗意假说的实验探索(1)物理学家做了图17-3-1所

8、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，