(整理)粒子的波动性4

高中物理| 17.3 粒子的波动性详解
光的波粒二象性
（1）光的波粒二象性
干涉，衍射和偏振表明光是一种波；光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子；因此现代物理学认为：光具有波粒二象性。

（2）正确理解波粒二象性
波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。

波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。

①个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。

②ν高的光子容易表现出粒子性；ν低的光子容易表现出波动性。

③光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。

④由光子的能量E=hν，光子的动量表示式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。

由以上两式和波速公式c=λν还可以得出：E = pc。

粒子的波动性定稿在物理学中，粒子的波动性是一个重要而又难以理解的概念。

早在1924年，德国物理学家路德维希·德布罗意博士就提出了“德布罗意假设”，即所有物质都具有波动性。

实验结果也证明了这一假设的正确性，即物质具有波动性。

粒子与波动的关系前人在研究电磁波时，发现其具有波动和粒子的双重性质。

电磁波既可以像波一样传播，也像粒子一样交互作用。

这引出了一个重要的问题：是否存在这样的粒子，具有波动的特性？德布罗意通过研究光子的波长和质量，得出了波粒二象性的，即无论质量大小的粒子都具有波动性和粒子性。

粒子性表现为粒子的位置等特征，而波动性则表现为粒子的动量和位置不确定性原理。

它说明了粒子的波动性，同时也揭示了物理世界的奥秘。

通过研究波动性，可以更加深入地了解粒子的性质，使科学家们能够更好地解释和探索物理世界。

波粒二象性实验为探究波粒二象性，科学家们进行了一系列实验。

其中最有代表性的是双缝实验。

实验中，粒子从一个缝隙射入屏幕，结果在屏幕上形成了像波纹一样的干涉条纹。

这说明了粒子的波动特征，即粒子的相对位置是模糊的，并不是精确确定的。

而如果在双缝间安装一个探测器，则得到的结果就是两条明显的干涉条纹。

粒子比较集中地到达了探测器某一个区域，表现出了特定的粒子性。

由此可以看出，粒子的性质是与实验装置和观测方式有关的。

这些实验结果表明了波粒二象性的存在，揭示了物理学的新奇和魅力。

在最先进的实验室设备中，科学家们不断地进行着实验，以探索和揭示物质的波动本质，进一步展示了物理学强大的解释和预测能力。

应用粒子的波动性在工业、医疗和通信等领域中得到了广泛应用。

例如，电子显微镜利用电子的波动性进行精细成像。

在核医学中，同位素释放放射性粒子，利用其波动性探测和治疗癌症。

此外，通信设备通过控制光子的波动性来实现信息的传输和处理。

这些应用使得人们能够更好地享受到科技带来的方便和便利。

粒子的波动性在物理学领域中有着重要的地位。

粒子的波动性质与不确定性原理引言：在量子物理学中，粒子既表现出粒子性，也表现出波动性。

这种粒子同时具有波动性的特性，被称为“粒子的波动性”。

粒子的波动性与不确定性原理密切相关，它们是量子力学理论的基石。

一、波粒二象性的发现1. 物质波的理论提出20世纪初，法国物理学家路易·德布罗意通过对光电效应进行研究，提出了“物质波”的理论。

他认为，物质不仅具有粒子性，还具有波动性，粒子的运动可以看作是一种波的传播。

2. 实验验证为了验证德布罗意的理论，科学家进行了一系列实验。

其中最著名的是戴维森-革末实验，通过对电子的衍射和干涉现象的观察，成功地证实了电子具有波动性。

二、粒子的波动性质1. 行波性质粒子的波动性最直观的表现就是其行波性质。

根据波动理论，粒子可以看作是一种波的传播，在空间中呈现出行波的形态。

2. 干涉和衍射现象波动性质使得粒子在经过狭缝或缝隙时会出现干涉和衍射现象。

这些现象反映了粒子波动的特性，对于证实粒子的波动性起到了重要的作用。

三、不确定性原理1. 不确定性原理的提出不确定性原理是由德国物理学家海森堡于1927年提出的。

该原理认为，对于同一粒子的某一属性，如位置和动量，无法同时确定其精确值，只能确定其可能存在于某一范围内。

2. 数学表达不确定性原理由数学表达为Δx∙Δp ≥ ħ/2，其中Δx表示位置的不确定度，Δp表示动量的不确定度，ħ为普朗克常量。

四、波动性与不确定性原理的关系波动性质和不确定性原理是相互关联的。

“波动性质”是对粒子本身性质的描述，而“不确定性原理”则是对我们观察或测量过程中的局限性的描述。

1. 观测过程的干扰由于我们无法完全摆脱测量设备的限制，观测过程会对粒子产生不可避免的扰动，导致我们无法同时准确测量粒子的位置和动量。

2. 波粒二象性的统一波动性质和不确定性原理的引入，使得我们对粒子本质的认识发生了革命性的变化。

它们揭示了物质的微观世界并非我们所熟悉的经典物理学所能描述，而需要借助量子力学的理论框架。

物质的粒子性与波动性在物理学中，物质的粒子性与波动性是一个重要的研究领域。

过去，人们常常将物质看作是由粒子组成的，而波动性则是光和声音等波动现象的特征。

然而，随着科学技术的不断发展，人们逐渐发现物质既具有粒子性，又具有波动性。

这种既有粒子性又有波动性的特征，给我们对物质的本质和行为提出了新的挑战和思考。

首先，让我们来探讨物质的粒子性。

粒子性是指物质表现出离散的、局部化的特征。

在经典物理学中，物质被认为是由微观粒子组成的，这些粒子之间相互作用，从而形成了我们所熟知的宏观世界。

例如，原子是一种具有粒子性的物质基本单位，它由质子、中子和电子等粒子组成。

这些粒子在空间中占据着特定的位置，它们之间通过相互作用力来维持稳定的结构。

然而，当我们深入研究物质的微观结构时，我们发现了一些违背经典物理学的现象。

例如，实验观察到电子在双缝实验中呈现出干涉和衍射的特征，这表明电子具有波动性。

这一现象被称为“物质波动性”，它挑战了我们对物质的传统认识。

进一步的研究发现，不仅电子，其他微观粒子如中子、质子和光子等也具有波动性。

这些实验结果揭示了物质的另一面，即物质不仅具有粒子性，还具有波动性。

那么，物质的波动性又是如何体现的呢？波动性是指物质表现出连续的、分布化的特征。

在量子力学中，物质的波动性可以用波函数来描述。

波函数是一个复数函数，它描述了物质的波动性质，如位置、动量和能量等。

根据波函数的性质，我们可以得出一些重要的结论。

例如，波函数的平方模表示了在某一位置上找到粒子的概率密度。

这意味着在微观尺度上，物质的位置是模糊的，无法准确确定。

另外，根据不确定性原理，我们无法同时准确测量粒子的位置和动量。

这些结论揭示了物质的波动性所带来的局限性和不确定性。

物质的粒子性和波动性之间的关系是一个复杂而深奥的问题。

在实验观察中，物质既表现出粒子性的离散特征，又表现出波动性的连续特征。

这一现象被称为“波粒二象性”，它意味着物质的本质可能超出了我们的直观认识。

5 粒子的波动性和量子力学的建立[学习目标] 1.了解粒子的波动性，知道物质波的概念.2.了解什么是德布罗意波，会解释有关现象.3.了解量子力学的建立过程及其在具体物理系统中的应用．一、粒子的波动性1．德布罗意波：每一个________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________波．2．粒子的能量ε和动量p 跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间的关系：ν＝εh ，λ＝h p. 二、物质波的实验验证1．实验探究思路：________、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________或衍射现象．2．实验验证：1927年戴维森和汤姆孙分别用单晶和多晶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________．3．说明除了电子以外，人们陆续证实了中子、质子以及原子、分子的________，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝εh 和λ＝h p关系同样正确． 4．电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有____________性．三、量子力学的建立四、量子力学的应用借助量子力学，人们深入认识了________(填“宏观”或“微观”)世界的组成、结构和属性．1．推动了核物理和粒子物理的发展．人们认识了原子、原子核、基本粒子等各个________(填“宏观”或“微观”)层次的物质结构，又促进了________学和宇宙学的研究．2．推动了原子、分子物理和光学的发展人们认识了原子的结构，以及原子、分子和电磁场相互作用的方式，发展了各式各样的对原子和电磁场进行精确操控和测量的技术．3．推动了固体物理的发展人们了解了固体中电子运行的规律，并弄清了为什么固体有________、绝缘体和半导体之分．1．判断下列说法的正误．(1)只要是运动着的物体，不论是宏观物体还是微观粒子，都有相应的波与之对应，这就是物质波．()(2)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性．()(3)量子力学的建立，使人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性．()(4)电子束照射到金属晶体上得到电子束的衍射图样，从而证实了德布罗意的假设是正确的．() 2．质子(11H)和α粒子(42He)被加速到相同动能时，质子和α粒子的动量之比为________，德布罗意波长之比为________.一、粒子的波动性导学探究1．如图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：(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？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．知识深化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＝h p .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 ＝m v .(2)根据波长公式λ＝h p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 ＝h λ；微观粒子的动能：E k ＝12m v 2，动量p ＝m v . 例1 (多选)根据物质波理论，下列说法正确的是( )A ．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B ．宏观物体和微观粒子都具有波动性C ．宏观物体运动时，看不到它的干涉、衍射现象，所以宏观物体运动时不具有波动性D ．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显针对训练 (2021·河北巨鹿中学高二阶段练习)德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波，下列关于物质波的说法中正确的是( )A ．物质波和光波都是概率波B ．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是本质相同的物体C ．动能相等的电子和质子，电子的波长短D ．动量相等的电子和中子，中子的波长短例2 (2021·苏州市高二期中)在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近．已知中子质量m ＝1.67×10－27 kg ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，可以估算德布罗意波长λ＝1.82×10－10 m 的热中子动量的数量级为( ) A ．10－17 kg·m/s B ．10－19 kg·m/s C ．10－21 kg·m/sD ．10－24kg·m/s 例3 任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，波长是λ＝h p，式中p 是运动物体的动量，h 是普朗克常量，人们把这种波叫德布罗意波，现有一个德布罗意波长为λ1的物体1和一个德布罗意波长为λ2的物体2相向正碰后粘在一起，已知|p 1|<|p 2|，则粘在一起的物体的德布罗意波长为( ) A.λ1＋λ22 B.λ1－λ22 C.λ1λ2λ1＋λ2 D.λ1λ2λ1－λ2例4 (多选)电子衍射和双缝干涉实验是证明德布罗意物质波理论的重要实验，电子束通过铝箔后的衍射图样如图甲所示，不同数目的电子通过双缝后的干涉图样分别如图乙、图丙和图丁所示．下列说法正确的是( )A ．亮条纹是电子到达概率大的地方B ．这两个实验都说明电子是粒子C ．这两个实验说明光子具有波动性D ．这两个实验说明实物粒子具有波动性例5 (2021·南京市高二期末)利用金属晶格(大小约10－10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m ，电荷量为e ，初速度为0，加速电压为U ，普朗克常量为h ，则下列说法中正确的是( )A ．该实验说明了电子具有粒子性B ．实验中电子束的德布罗意波的波长为λ＝h 2meUC ．加速电压U 越大，电子的衍射现象越明显D ．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显二、量子力学的建立例6 (多选)下列关于量子力学的发展史及应用的说法中，正确的是( )A ．量子力学完全否定了经典力学B．量子力学是在早期量子论的基础上创立的C．量子力学使人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性D．“芯片”等器件利用固体的微观结构对电路进行操控，是量子力学在固体物理中的应用。

粒子的波动性质在19世纪初，科学家发现光具有波动性质，这一发现让人们开始思考：是否其他物质也具有波动性质？随着研究的深入，科学家逐渐揭示了粒子的波动性质。

本文将详细探讨粒子的波动性质，并解释其在物理学中的重要性。

一、波粒二象性在经典物理学中，物质被认为是由粒子组成的，这些粒子具有确定的位置和速度。

然而，在20世纪初，物理学家开始发现一些现象无法用经典理论解释。

例如，当光通过狭缝时，会出现干涉和衍射的现象，这表明光具有波动性。

然而，当科学家发射单个光子时，它却表现出粒子性质，只在特定位置上被探测到。

这种既能表现出粒子性质又能表现出波动性的性质被称为波粒二象性。

二、德布罗意假设根据德布罗意的假设，所有物质粒子都具有波动性。

德布罗意在他的博士论文中提出了他的著名公式，即德布罗意波长公式：λ= h / p，其中λ是物质波的波长，h是普朗克常数，p是物质粒子的动量。

通过德布罗意波长公式，我们可以看到，对于质量较小的粒子（如电子和中子），其波长是可观测到的。

这为科学家研究微观领域的物理现象提供了一种全新的方法。

三、原子和分子的波动性除了电子和中子外，原子和分子也显示出波动性。

在化学中，一些实验结果只能通过将波动性考虑在内才能解释。

例如，原子和分子的能级结构可以通过解析它们的波函数来解释。

波函数描述了粒子在空间中的概率分布，它的平方模表示在某一位置观测到粒子的概率。

四、粒子波动性的实验验证为了验证粒子的波动性，科学家进行了一系列经典实验。

其中包括双缝干涉实验、波粒二象性实验以及电子衍射实验等。

这些实验一再证明了粒子具有波动性质。

以双缝实验为例，当单个粒子通过两个狭缝射出时，会在屏幕上形成干涉条纹。

这是由于粒子的波动性引起的。

同样，电子和中子的衍射实验也显示出波动性。

通过这些实验，科学家们对粒子的波动性有了更深入的理解。

五、波动性在物理学中的应用粒子的波动性在许多领域中具有广泛的应用。

例如，电子显微镜利用电子波的波动性可以观察到更高分辨率的图像。