高中物理人教版 (新课标)选修33 崭新的一页：粒子的波动性学案

江西省宜春市宜春中学高中物理 17.3 粒子的波动性导学案 新人教版选修3-5

【导——知识目标】

知识点一：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。

2.光子的能量：ε=hv

3.光子的动量：p=h/λ

注意：物理量ε和p描述光的粒子性，物理量v和λ描述光的波动性，h架起了粒子性与波动性的桥梁。

知识点二：粒子的波动性

1.德布罗意波：任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也称物质波。

2.波的频率：v=ε/h

波的波长：λ=h/p

说明：ε为粒子的能量，p为粒子的动量

知识点三：物质波的实验验证

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，从而证实了电子波动性。他们为此获得了1973年的诺贝尔物理学奖                            

【思——自主学习】

1．1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用________做了电子束衍射的实验，得到了衍射图样，从而证实了电子的________。

2.任意时刻的确定的________和________以及时空中的确定的轨道，是经典物理学中粒子运动的基本特征。与经典的粒子不同，经典的波在空间是________的，其特征是具有________和________，也就是具有时间的周期性。

3．光子在空间出现的概率可以通过________的规律确定。所以，从光子的概念上看，光波是一种________波。

4．对于电子和其他微观粒子，由于同样具有________，所以与它们相联系的物质波也是________波。

【议小组合作】

物质波的实验验证

【1】关于物质波，下列认识中错误的是(　　)

A．任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波

B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的

C．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的

D．宏观物体尽管可以看做物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象

【2】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                     (　　)

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

光波是概率波

【3】对于光的波粒二象性的说法中，正确的是(　　)

A．在一束传播的光束中，有的光是波，有的光是粒子

B．光子与电子同样是一种粒子，光波与机械波同样是一种波

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，在光子的能量E＝hν中，频率ν仍表示的是波的特征

【展】【评】[ 检]

1．下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是(　　)

A．光显示粒子性时是分立而不连续的，无波动性；光显示波动性时是连续而不分立的，无粒子性

B．光的频率越高，其粒子性越明显；光的频率越低，其波动性越明显

C．光的波动性可以看作是大量光子运动的规律

D．伦琴射线比可见光更容易发生光电效应，而更不容易产生干涉、衍射等物理现象

2．显微镜观看细微结构时，由于受到衍射现象的影响而观察不清，因此观察越细小的结构，就要求波长越短，波动性越弱。在加速电压值相同的情况下，电子显微镜与质子显微镜的分辨本领，下列判定正确的是(　　)

A．电子显微镜分辨本领较强    B．质子显微镜分辨本领较强

C．两种显微镜分辨本领相同    D．两种显微镜分辨本领不便比较

3．有关光的本性的说法中正确的是(　　)

A．关于光的本性，牛顿提出了“微粒说”，惠更斯提出了“波动说”，爱因斯坦提出了“光子说”，它们都圆满地说明了光的本性

B．光具有波粒二象性是指：光既可以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．在光的双缝干涉实验中，如果光通过双缝时显示波动性，如果光只通过一个缝时显示粒子性

4．关于物质波的认识，正确的是(　　)

A．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的     B．物质波也是一种概率波

C．任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波    D．物质波就是光波

5．以下说法正确的是(　　)

A．物体都具有波动性                B．抖动细绳一端，绳上的波就是物质波

C．通常情况下，质子比电子的波长长

D．核外电子绕核运动时，并没有确定的轨道

6．下列对物理模型和物理现象的关系理解正确的是(　　)

A．物理模型应与日常经验相吻合，并能解释物理现象

B．物理模型可以与日常经验相悖，但应与实验结果一致

C．物理模型不能十分古怪，让人难以理解

D．只要物理模型与实验结果一致，它在一定范围内就能正确代表研究的对象

例题答案：

1. 【答案】B、D

【解析】据德布罗意物质波理论知，任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波，可见，A选项是正确的；由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线的衍射现象并不能证实物质波理论的正确性，即B选项错误；电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故C选项是正确的；由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的，无规律的，但大量电子穿过铝箔后落的位置则呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故选项D错误。综合以上分析知，本题应选B、D。

2. 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，它的动量应很大，即速度应很大，A正确，B错误；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，C错误，D正确。

答案：A、D

3. 【答案】D

【解析】光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。当光和同物质作用时，是“一份一份”的，表现出粒子性；单个光子通过双缝后的落点无法预测，但大量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本身的一种属性，光子说并未否定电磁说。

检测练习答案

1. 解析：我们既不能把光看成宏观现象中的波，也不能把光看成宏观现象中的粒子，光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，选项A错误；光的波动性和粒子性都与光的频率有关，随着频率的增大，波动性减弱而粒子性增强，选项B正确；大量光子表现出波动性，少量光子则表现出粒子性，选项C正确；伦琴射线的频率比可见光高，在真空中、空气中或在同一种介质中的伦琴射线的波长比可见光短，因而更容易发生光电效应而更不容易观察到干涉和衍射现象，选项D正确。

答案：B、C、D

2. 解析：本题结合显微镜考查实物粒子的物质波，在电场中加速eU＝mv2＝，又由物质波公式λ＝得λ＝，所以经相同电压加速后的质子与电子相比，质子的物质波波长短，波动性弱，从而质子显微镜分辨本领较强，即B选项正确。

答案：B

3. 解析：牛顿主张的微粒说中的微粒与实物粒子一样，惠更斯主张的波动说中的波动与宏观机械波等同，这两种观点是相互对立的，都不能说明光的本性，所以A、B错，C正确；在双缝干涉实验中，双缝干涉出现明暗均匀的条纹。当让光子一个一个地通过单缝时，曝光时间短时表现出粒子性，曝光时间长时表现出波动性，因此D错误。

答案：C

 4. 解析：本题综合考查物质波概念，电子衍射图像的观测证明德布罗意关于物质波的假说是正确的，所以A正确；只有运动的物质才有物质波与它对应，故C错误；物质波与光波一样，也是一种概率波，即粒子在各点出现的概率遵循波动规律，但物质波不是光波，所以B正确，D错误；即正确选项是A、B。

答案：A、B

5 解析：任何物体都具有波动性，故A对；对宏观物体而言，其波动性难以观测，我们所看到的绳波是机械波，不是物质波，故B错；电子的动量往往比质子的动量小，由λ＝知，电子的波长长，故C错；核外电子绕核运动的规律是概率问题，无确定的轨道，故D对。

答案：A、D

6 解析：建立物理模型的目的就是能解释物理现象，与实验结果符合，而不是符合人的日常经验，B、D正确。

答案：B、D