17.3 粒子的波动性-2021-2022学年高二物理精梳细讲 讲义（人教版选修3-5）

17.3 粒子的波动性 【基础知识梳理】 一、光的波粒二象性 1．光的本性 光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性，即光具有波粒二象性． 2．光子的能量和动量关系式 (1)关系式：ε＝hν，p＝. (2)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＝揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系． 【重点】 光的波粒二象性 1．光的波动性 (1)实验基础：光的干涉和衍射． (2)表现：①光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述；②足够能量的光在传播时，表现出波的性质． (3)说明：①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；②光的波动性不同于宏观观念的波． 2．光的粒子性 (1)实验基础：光电效应、康普顿效应． (2)表现：①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；②少量或个别光子容易显示出光的粒子性． (3)说明：①粒子的含义是“不连续”“一份一份”的；②光子不同于宏观观念的粒子． 二、粒子的波动性 1．粒子的波动性 (1)德布罗意波：任何运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种与实物粒子相联系的波叫物质波，又叫德布罗意波． (2)物质波波长、频率的计算公式为λ＝，ν＝. 2．物质波的实验验证 (1)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． (2)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的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性． (3)说明 除了电子以外，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，德布罗意给出的ν＝和λ＝关系同样正确． 【重点】 【实例】 1．如图1是电子束穿过铝箔后的衍射图样，结合图样及课本内容回答下列问题： 图1 (1)德布罗意提出“实物粒子也具有波动性”假设的理论基础是什么？ (2)电子束穿过铝箔的衍射图样说明了什么？ 答案　(1)普朗克能量子和爱因斯坦光子理论． (2)电子具有波动性． 2．德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性，你如何理解该问题？谈谈自己的认识． 答案　一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大，动量大，产生的物质波的波长短，难以观测． 【总结】 1．对物质波的理解 (1)任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，这种波叫物质波，其波长λ＝.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． (2)德布罗意假说是光的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波． 2．计算物质波波长的方法 (1)根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式p＝mv. (2)根据波长公式λ＝求解． (3)注意区分光子和微观粒子的能量和动量的不同表达式．如光子的能量ε＝hν，动量p＝；微观粒子的动能Ek＝mv2，动量p＝mv. 【例题讲解】 一、单选题 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 D．康普顿效应表明光具有波动性 2．如图所示，ABC为全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，甲、乙两束单色光组成的光束垂直入射到AC面上，在AB面上发生了全反射。若保持入射点O的位置不变，使光线绕O点顺时针转动时，甲光先从AB面上射出，则关于甲、乙两束光的说法正确的是（　　）。 A．在相同条件下做单缝衍射实验，甲光的中央条纹宽度大 B．真空中甲光的传播速度比乙光大 C．乙光的波动性比甲光的显著 D．甲、乙光分别照射同一光电管，都产生了光电效应，甲光的遏止电压大 3．如图为研究光电效应现象的实验装置，分别用、两种单色光照射到光电管的阴极，调节滑片，电流计G的示数恰好为零时电压表的示数分别为、，。下列说法正确的是（　　） A．光照射时阴极金属的逸出功较小 B．光在真空中的传播速度较小 C．光光子的能量较小 D．光光子的粒子性较明显 4．如图所示，用a、b两种光照射同一光电效应装置，光电管K极板的极限频率为，若a光的频率为和b光频率为，分别照射该光电管，则下列说法正确的是（　　） A．a光的光子和b光的光子的动量之比为4∶3 B．用a光和b光分别照射该光电管，逸出光电子的最大初动能之比为3∶4 C．加反向电压时，a光和b光对应的遏止电压之比