高中物理 第十七章 波粒二象性 第三节 粒子的波动性课堂探究学案 新人教版选修3-5-新人教版高二选修3-5物理学案VIP免费

第三节粒子的波动性课堂探究探究一人类对光的本性的研究问题导引曾有一位记者向物理学家诺贝尔奖获得者布拉格请教：光是波还是粒子？布拉格幽默地答道：“星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休息。”那么光的本性到底是什么呢？你是如何理解的？提示：光具有波粒二象性。光既不同于宏观观念的粒子，也不同于宏观观念的波，但光既具有粒子性又具有波动性，粒子性和波动性都是光本身的属性。名师精讲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到托马斯·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20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：1警示光子是能量为hν的微粒，表现出粒子性，而光子的能量与频率ν有关，体现了波动性，所以光子是统一了波粒二象性的微粒。但是它在不同条件下的表现不同，大量光子表现出波动性，个别光子表现出粒子性；光在传播时表现出波动性，光和其他物质相互作用时表现出粒子性；频率低的光波动性更强，频率高的光粒子性更强。【例题1】有关光的本性，下列说法正确的是()A．光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能2认为光具有波粒二象性解析：光既具有波动性，又具有粒子性，但它又不同于宏观观念中的机械波和粒子。波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现，是同一客体的两个不同侧面、不同属性，我们无法用其中的一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性。只有D项正确。答案：D反思要注意，不可用宏观观念中的机械模型来理解光的波粒二象性——认为光子像一个个的小球在做机械振动，从而形成了光波。这种粒子不是宏观观念中的粒子，这种波也不是宏观观念中的波。探究二对德布罗意波的理解问题导引德布罗意认为运动着的物体均有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感到它的波动性，你如何理解该问题？提示：波粒二象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(汽车)也存在波动性，只是宏观物体质量大，动量大，波长短，难以观测，但是微观实物粒子，如质子、电子、中子等的波动性为宏观物体具有波动性奠定了事实基础。名师精讲1．任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，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的缘故。2．粒子在空间各处出现的几率受统计规律支配，不要以宏观观念中的波来理解德布罗意波。3．德布罗意假说是光子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。4．对于光，先有波动性(即ν和λ)，再在量子理论中引入光子的能量ε和动量p来补充它的粒子性。反之，对于实物粒子，则先有粒子概念(即ε和p)，再引入德布罗意波(即ν和λ)的概念来补充它的波动性。不过要注意这里所谓波动和粒子，仍然都是经典物理学的概念，所谓补充仅是形式上的。综上所述，德布罗意的推想基本上是爱因斯坦1905年关于光子的波粒二象性理论(光粒子由波伴随着)的一种推广，使之包括了所有的物质微观粒子。警示(1)物质波理论上是说任何一个运动的物体(如实物粒子等)都具有波动性，即其行为服从波动规律。(2)物质波理论告诉我们，任何微观粒子都既具有粒子性又具有波动性，即与光一样，也具有波粒二象性。波粒二象性是光子、电子、质子等微观粒子都具有的基本属性。【例题2】如果一个中子和一个质量为10g的子弹都以103m/s的速度运动，则它们的德布罗意波的波长分别是多少？(中子的质量为1.67×10－27kg，h＝6.63×10－34J·s)解析：中子的动量为p1＝m1v子弹的动量为p2＝m2v由公式λ＝hp知，中子和子弹的德布罗意波长分别为λ中＝1hp和λ子＝2hp3因此可得到λ中＝1hmv，λ子＝2hmv，代入数据得λ中＝4.0×10－10mλ...