高中物理 第十七章 波粒二象性 3 粒子的波动性课堂导引素材 新人教版选修3-5（通用） 3页

‎3 粒子的波动性 ‎ 互动课堂 疏导引导 ‎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.‎ 光子的能量ε=hν和动量都是描述光的性质的基本关系式.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.两式左侧的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.‎ ‎2.实物粒子的波动性 ‎（1）问题猜想：大家知道，光具有波动性，但同时也具有粒子性，即光具有波粒二象性，那么像分子、原子、质子、电子等微观粒子是否具有波动性呢？‎ ‎（2）德布罗意假设 ‎1924年，32岁的法国物理学家德布罗意在他的博士论文中作出了肯定的回答，德布罗意认为：任何一个运动着的物体，小的如电子、质子，大的如行星、太阳及平时所见到的行驶的列车、流动的人群、飞翔的鸟儿等等，都有一种波与之对应，其波长为：.‎ 式中的h是普朗克常量，数值h=6.63×10-34 J·s,p是运动物体的动量.‎ 人们把这种波叫做物质波，也叫德布罗意波.‎ ‎（3）物质波的实验验证 ‎1927年，英美两国物理学家受到德布罗意的启示，在实验室中观察到了电子束的衍射图样，从而证实了德布罗意的假设.‎ 案例 宏观物体也具有波粒二象性吗？‎ 电子、质子等微观粒子具有波粒二象性已是无可争议的事实，因为，人们已经通过实验观察到了它们的干涉和衍射等现象.宏观物体由于运动动量较大，根据德布罗意波长与动量的关系,波长非常非常小，尽管不容易观察到它们的干涉、衍射等波的现象，但它们仍然具有波动性，有它们的波长，因此宏观物体也具有波粒二象性.‎ 活学巧用 ‎【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.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，只不过在有的情况下波动性显著，有的情况下粒子性显著，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，是光能量的最小单位.‎ 答案：C ‎【例2】 关于物质波，下列认识错误的是(　　)‎ 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作物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象 思路解析：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，选项A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，即选项B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，故选项C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.‎ 答案：BD ‎【例3】 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1.67×10‎-27 kg）‎ 思路解析：中子的动量为：p1=m1v,子弹的动量为：p2=m2v,据λ=hp知中子和子弹的德布罗意波长分别为：,‎ 联立以上各式解得：,‎ 将m1=1.67×10‎-27 kg,v=1×‎103 m/s,‎ h=6.63×10-34 J·s,m2=1.0×10‎‎-2 kg 代入上面两式可解得：λ1=4.0×10‎-10 m,λ2=6.63×10‎-35 m.‎ 答案：4.0×10‎-10 m,6.63×10-35 m