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第3节 粒子的波动性
1.知道光具有波粒二象性，区分光的波动性和粒子性． 2.知道实物粒子和光子一样具有波粒
二象性．
3．了解德布罗意波和粒子动量的关系．
一、光的波粒二象性
1．波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性．
2．光子的能量和动量：光子的能量ε和动量p可分别表示为：ε＝hν，p＝.能量ε和动量p是
λ描述物质粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质波动性的典型物理量．普朗克常量h架起了
1．(1)光的干涉、洐射、偏振现象说明光具有波动性．( ) (2)光子数量越大，其粒子性越明显．( )
(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．( ) 提示：(1)√ (2)× (3)√
二、粒子的波动性及物质波的实验验证 1．粒子的波动性
(1)德布罗意波：每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫物质波．
(2)物质波的波长、频率关系式：
粒子性与波动性之间的桥梁．
hhε
波长：λ＝ 频率：ν＝.
ph2．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实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性．
(3)说明
ε
①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
hλ＝关系同样正确．
②宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的波长很小，根本无法观察到它的波动性． 最新教育教学资料精选
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2．(1)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波．( ) (2)湖面上的水波就是物质波．( )
(3)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性．( ) 提示：(1)× (2)× (3)√
知识点一 对光的波粒二象性的理解
实验基础 表现 说明(1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规光的波动 干涉和衍射 律来描述(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)足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的 性质 性(2)光的波动性不同 于宏观观念的波(3)波长长的光容易表现 出波动性(1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一光的粒子份”进行的，表现出粒子光电效应、康普顿效应 的性质(1)粒子的含义是“不连续”“一份一 份”的 性 (2)少量或个别光子容易 显示出光的粒子性(2)光子不同于宏观 观念的粒子(3)波长短的光，粒子性显
著 有关光的波粒二象性的下列说法中，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；波长越短，其粒子性越显著
D．大量光子的行为往往显示出粒子性
[解析] 同一种光在不同条件下，有时表现出波动性，有时表现出粒子性，A错．电子是实物粒子，有静止质量；光子无静止质量，以场的形式存在，B错．光的波长越长(频率越低)，其波动性越显著，反之，
粒子性越显著，C对．大量光子的行为往往表现出波动性，D错．
[答案] C
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光既有波动性又有粒子性，二者是统一的．光的波长越长，波动性越强，波长越短，粒
子性越强．个别光子易显示粒子性，大量光子易显示波动性．
知识点二 物质波的理解和波长计算
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，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，不要以宏观观点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．
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．hp(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
λ
粒子的动能：Ek＝mv，动量p＝mv.
h122
对物质波的理解 下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是( )A．任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波
B．X光的衍射证实了物质波的假设是正确的C．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的
D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性
[解析] 运动的物体才具有波动性，A项错；宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍具有波动性，D项错；X光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物
质波的存在，B项错．
3
[答案] C
物质波波长的计算
如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以10 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)
[解析] 中子的动量为p1＝m1v，
子弹的动量为p2＝m2v，
据λ＝知中子和子弹的德布罗意波的波长分别为
λ1＝，λ2＝
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将m1＝1.67×10
－27
联立以上各式解得：λ1＝－2
hh，λ2＝m1vm2v kg，v＝1×10 m/s，h＝6.63×10
3－34
J·s，m2＝1.0×10 kg代入上面两式可解得
λ1＝4.0×10
－10
m，λ2＝6.63×10
－10
－35
m. m
[答案] 4.0×10 m 6.63×10
－35
本题考查德布罗意波的波长计算．一般先求出动量，再由公式λ＝求德布罗意波的波
长．注意将各物理量统一采用国际制单位．
典型问题——人类对光的本性认识历程
光的本性是什么？从牛顿的光的微粒说，到托马斯·杨和菲涅耳的光的波动说，从麦克斯韦的光的电
磁说，到爱因斯坦的光子说，人类对光的认识构成了一部科学史诗．
hp 微粒说 波动说 电磁说19世纪 光子说20世纪 波粒二象性20世纪初 年代代表人物 17世纪 17世纪 中期麦克斯韦能在真空 中期爱因斯坦 牛顿 惠更斯 公认 实验依据 光的直线传播、光的反射 光的干涉、衍射 中传播，是横波，光速 等于电磁 光电效应、康普 光既有波动现象，又有粒子特征光是具有电磁本性的物质，既 顿效应 波速 内容要点 光是一群弹性粒子 光是一种 光是一种电磁波 光是由一份一份光 子组成的 机械波 有波动性又有粒子性 关于光的本性，下列说法中正确的是( )
A．关于光的本性，牛顿提出微粒说，惠更斯提出波动说，爱因斯坦提出光子说，它们都说明了光的本
B．光具有波粒二象性是指：既可以把光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
性
D．光的波粒二象性是将牛顿的粒子说和惠更斯的波动说真正有机地统一起来
[解析] 光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述，不是惠更斯最新教育教学资料精选
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的波动说中宏观意义下的机械波，光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一个光子，不是牛顿微粒说中的经典微粒．某现象说明光具有波动性，是指波动理论能解释这一现象；某现象说明光具有粒子性，是指能用粒子说解释这个现象．要区分说法和物理史实与波粒二象性之间的关系．选项C正确、选项
A、B、D错误．[答案] C
(多选)人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的陈述符合科
学规律或历史事实的是( )
A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的
B．光的双缝干涉显示了光的波动性C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波
D．光具有波粒二象性
解析：选BCD.牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，显然选项A错误；干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，选项B正确；麦克斯韦根据光的传播不需要介质，以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等，认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，选项C正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，选
项D正确．
[随堂达标]
1．(2016·哈尔滨高二检测)下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是( )
A．光的色散和光的干涉B．光的干涉和光的衍射C．泊松亮斑和光电效应D．光的反射和光电效应
解析：选C.光的干涉、衍射、泊松亮斑是光的波动性的证据，光电效应说明光具有粒子性，光的反射
和色散不能说明光具有波动性或粒子性，故选项C正确．
2．对光的认识，以下说法正确的是( )
A．光波和声波的本质相同，都具有波粒二象性
B．光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的
C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了
D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表
现明显
解析：选D.光波是电磁波，具有波粒二象性，声波是机械波，是振动在介质中的传播，二者本质不同，A错；光的干涉、衍射现象，这属于波的特征，微粒说无法解释．光电效应现象用波动说无法解释，而用光子说可以完美地进行解释，证实光具有粒子性．因此，光既具有波动性，又具有粒子性，B错；光的波动性与粒子性都是光的本质属性，只是表现明显与否，不容易观察并不说明不具有，C错；波动性和粒子性是光最新教育教学资料精选
2019-2020学年高中物理第十七章波粒二象性第3节粒子的波动性教师用书新人教版选修3_5
