第十七章 3
基础达标
1．(多选)根据物质波理论，下列说法正确的是( )
A．任何一个运动着的物体，都有一种波与它相对应
B．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性
C．宏观物体和实物粒子都具有波动性
D．宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长
【答案】AC 解析：一切运动的物体都有一种物质波与它对应，不管是宏观物体还是微观粒子，都具有波动性；宏观运动的物体不易观察到其波动性是因为其波长太短，物质波的波长越长，波动性越明显．故正确答案为AC．
2．(多选)关于光子和运动着的电子，下列论述正确的是( )
A．光子和电子一样都是实物粒子
B．光子和电子都能发生衍射现象
C．光子和电子都具有波粒二象性
D．光子具有波粒二象性，而电子只具有粒子性
【答案】BC 解析：物质可分为两大类：一是质子、电子等实物，二是电场、磁场等，统称场．光是传播着的电磁场．根据物质波理论，一切运动的物体都具有波动性，故光子和电子都具有波粒二象性．综上所述，B、C选项正确．
3．下列关于光的波粒二象性的说法中，不正确的是( )
A．光显示粒子性时是分立而不连续的，无波动性；光显示波动性时是连续而不分立的，无粒子性
B．光的频率越高，
其粒子性越明显；光的频率越低，其波动性越明显
C．光的波动性可以看作是大量光子运动的规律
D．伦琴射线比可见光更容易发生光电效应，而更不容易产生干涉、衍射等物理现象
【答案】A 解析：我们既不能把光看成宏观现象中的波，也不能把光看成宏观现象中的粒子．光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，选项A不正确；光的波动性和粒子性都与光的频率有关，随着频率的增大，波动性减弱而粒子性增强，选项B正确；大量光子表现出波动性，少量光子则表现出粒子性，选项C正确；伦琴射线的频率比可见光高，在真空中、空气中或在同一种介质中的伦琴射线的波长比可见光短，因而更容易发生光电效应而更不容易观察到干涉和衍射现象，选项D正确．
4．关于物质波，以下说法正确的是( )
A．实物粒子具有粒子性，在任何条件下都不可能表现出波动性
B．宏观物体不存在对应波的波长
C．电子在任何条件下都能表现出波动性
D．微观粒子在一定条件下能表现出波动性
【答案】D
5．(多选)下列说法中正确的是( )
A．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性
B．光的频率越大，波长越长
C．光的波长越大，光子的能量越大
D．光在真空中的传播速度为3.00×108
m/s
【答案】AD 解析：光既具有波动性又具有粒子性，A正确；由v＝λν知B错误；由爱因斯坦光子理论 ＝hν，v＝λν知波长越长，光频率越小，光子能量越小，C错误；任何光在真空中传播速度均为3×108
m/s，D正确．
6．法国物理学家德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有波与它对应，波长λ＝h/p.人们把这种波称为物质波，也叫德布罗意波，如果有两个电子速度分别为v1和v2，且v1＝2v2.则这两个电子对应的德布罗意波的波长关系为( )
A．λ1∶λ2＝1∶1
B．λ1∶λ2＝1∶2
C．λ1∶λ2＝2∶1
D．无法比较
【答案】B 解析：两个电子的速度之比v1∶v2＝2∶1，则两个电子的动量之比p1∶p2＝2∶1.所以两个电子的德布罗意波长λ1∶λ2＝1∶2.故选B．
能力提升
7．(2018太原抽查)我国成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空．中国将成为全球第一个实现卫星和地面之间量子通信的国家．在量子世界中，一个物体可以同时处在多个位置，一只猫可以处在“死”和“活”的叠加状态上；所有物体都具有“波粒二象性”，既是粒子也是波；两个处于“纠缠态”的粒子，即使相距遥远也具有“心电感应”，一个发生变化，另一个会瞬时发生相应改变．正是由于量子具有这些不同于宏观物理世界的奇妙特性，才构成了量子通信安全的基石．在量子保密通信中，由于量子的不可分割、不可克隆和测不准的特性，所以一旦存在窃听就必然会被发送者察觉并规避．通过阅读以上材料可知( )
A．电磁波是量子化的
B．量子不具有波粒二象性
C．可以准确测定量子的位置
D．量子相互独立互不干扰
【答案】A 解析：电磁波是一份份的能量，所以电磁波是量子化的，同时也具有波粒二象性，故A正确，B错误；微观的粒子与光子都具有波粒二象性，不能准确测定量子的位置，故C错误；由题可知，两个处于“纠缠态”的粒子，即使相距遥远也具有“心电感应”，一个发生变化，另一个会瞬时发生相应改变，故D错误．
8．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＝1.67×10－27kg，可以估算德布罗意波长λ＝1.82×10－10
m的热中子的动能的数量级为( )
A．10－17
J
B．10－19
J
C．10－21
J
D．10－24
J
【答案】C 解析：德布罗意波理论中子动量p＝，中子动能Ek＝＝，代入数据可估算出数量级10－21J.
9．在历史上，最早证明德布罗意波存在的实验是( )
A．弱光衍射实验
B．电子束在晶体上的衍射实验
C．弱光干涉实验
D．以上都不正确
【答案】B(共36张PPT)
3 粒子的波动性
细心的同学会发现，街道两侧路灯的开、关时间并不是固定的：天气晴朗时，路灯亮得晚；天气阴沉时，路灯亮得早．其实这是光电效应在自动控制中的应用，这其中的核心部件是光电管(其原理是光电效应)．图甲所示的是路灯自动控制的模拟电路，A为光电管，B为继电器，C为照明电路，D为路灯．请连成正确的电路，达到“日出路灯熄，日落路灯亮”的效果．
答案：电路连接如图乙所示．电源正极应与光电管的阳极相连，光电管阴极与电源负极相连，这样从光电管阴极逸出的电子被加速，容易到达阳极，在电路中形成电流，进而达到自动控制的目的．
一、光的波粒二象性
1．光的本性：光的干涉、衍射、偏振现象，表明光是一种________，光电效应和康普顿效应表明光同时也是一种________，光具有__________．光的波动性和粒子性是统一的．
【答案】波 粒子 波粒二象性
二、粒子的波动性及德布罗意波(物质波)的验证
1．德布罗意波：任何一个运动着的物体，都有一种波与它相对应，这种波叫________波，也称德布罗意波．
【答案】物质
2．物质波的波长、频率关系式：λ＝________，ν＝________.
3．物质波的实验验证：1927年戴维孙和汤姆孙分别用晶体做了____________的实验，得到了电子的____________，证实了电子的波动性．
【答案】电子衍射 衍射图样
1．光本性学说的发展简史
如何理解光的波粒二象性
学说名称
微粒说
波动说
电磁说
光子说
波粒二象性
代表人物
牛顿
惠更斯
麦克斯韦
爱因斯坦
公认
实验依据
光的直线传播、光的反射
光的干涉、衍射现象
能在真空中传播，是横波，光速等于电磁波速
光电效应、康普顿效应
内容要点
光是一群弹性粒子
光是一种机械波
光是一种电磁波
光是由一份一份光子组成的
光是具有电磁本性的物质，既有波动性又有粒子性
2.光的波粒二象性内涵
(1)光的干涉、衍射和偏振现象说明光具有波动性；光电效应、康普顿效应则说明光具有粒子性．光既具有波动性，又具有粒子性，即具有波粒二象性，它们是统一的，光的粒子性并不否定光的波动性，波动性、粒子性都是光的本身属性，只是在不同条件下表现不同．
(2)只有从波粒二象性角度，才能统一说明光的各种行为．
项目
内容
说明
光的粒
子性
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少量光子表现出光的粒子性
③频率高的光易表现出光的粒子性，频率越高，粒子性越明显
①粒子的含义是“不连续”“一份一份”的
②光的粒子性中的粒子是不同于宏观观念的粒子
项目
内容
说明
光的波动性
①足够能量的光在传播时，表现出波的性质
②大量光子表现出波动性
③频率低的光易表现出光的波动性，波长越长，波动性越明显
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概念的波
波动性和粒子性的对立、统一
①宏观世界：波和粒子是相互对立的概念
②微观世界：波和粒子是统一的
光子说并未否定波动性，E＝hc/λ中，c和λ就是波动的概念
1.（2019天津名校期末）下列关于光的说法中，正确的是（ ）
A．光有时是波，有时是粒子
B．光电效应表明在一定条件下，光子可以转化为电子
C．光的干涉现象和光的衍射现象说明光具有粒子性
D．光电效应现象说明光具有粒子性
【答案】D
解析：光既具有波动性又具有粒子性，故具有波粒二象性.故A错误；光电效应现象中能产生光电子，但不是光子转化为电子.故B错误；光的干涉现象和光的衍射现象说明光具有波动性.故C错误；光电效应现象说明光具有粒子性，故D正确.
1．两类物质
物理学把宇宙中的物质分为两大类：一类是分子、原子、电子、质子及由这些粒子所组成的物体，另一类是场，如电场、磁场等，它们虽不是由微观粒子构成的，却是客观存在的特殊物质．
2．物质波(德布罗意波)
(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，如子弹飞行的波长约10－34
m.
对物质波的认识
(2)德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不要以宏观观点中的波理解德布罗意波．
(3)物质波假说是光的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有物质粒子，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．
特别提醒：在宏观现象中，波与粒子是对立的概念，而在微观世界中，波与粒子可以统一．
2．(多选)关于物质波，下列认识中错误的是( )
A．任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波
B．伦琴射线的衍射实验，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做物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象
【答案】BD
【解析】由德布罗意波理论知，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，A选项是正确的；由于伦琴射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故伦琴射线的衍射现象，并不能证实物质波理论的正确性，即B选项错误；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C选项是正确的；
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.
例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，这是互相矛盾和对立的
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．由于光既有波动性，又具有粒子性，无法用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性
对光的波粒二象性的理解
解析：19世纪初，人们成功地在实验中观察到了光的干涉、衍射现象，这属于波的特征，微粒说无法解释．但到了19世纪末又发现了光的新现象——光电效应，这种现象波动说不能解释，证实光具有粒子性．因此，光既具有波动性，又具有粒子性，但不同于宏观的机械波和机械粒子．波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现，是同一客体的两个不同侧面、不同属性，我们无法用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性．选项D正确．
答案：D
反思领悟：解答此类问题关键要理解光具有波粒二象性及掌握有关光的波动性、粒子性的一些常见现象．
1．(2018昌吉期末)在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是( )
A．使光子一个一个地通过狭缝，如时间足够长，底片上将会显示衍射图样
B．单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图样
C．光子通过狭缝的运动路线像水波一样
D．光的波动性是一个光子运动的规律
【答案】A
解析：使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上中央到达的机会最多，其他地方机会较少，会出现衍射图样，故A正确；单个光子通过单缝后，底片上不会出现完整的衍射图样，故B错误；光子通过单缝后，体现的是粒子性，故C错误；单个光子通过单缝后打在底片的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性，所以少量光子体现粒子性，大量光子体现波动性，故D错误．
例2 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)
对物质波的理解与计算
2．(2018江苏模拟)质量为m的粒子原来的速度为v，现将粒子的速度增大为2v，则该粒子的物质波的波长将(粒子的质量保持不变)( )
A．保持不变
B．变为原来波长的4倍
C．变为原来波长的一半
D．变为原来波长的2倍
【答案】C
科学假说的作用
为了解决一定的科学问题，人们常根据已知的科学事实和科学原理，对所研究的问题及其相关的现象作出一种猜测性的陈述或假定性的说明，这种猜测性的陈述或假定性的说明，就是假说．科学假说是建立和发展科学理论的桥梁．
创新 拓展 提升
科学理论是对自然界客观规律的正确反映，但受条件限制，人们不能一下子达到对客观规律的真理性认识，而往往要借助于假说这种研究方法，运用已知的科学原理与事实去探索未知的客观规律，不断地积累实验材料，逐步地从现象深入到本质，从个别上升到一般，从感性认识上升到理性认识，建立起正确反映客观规律的科学理论．
例3 下列物理现象的发现从科学研究的方法来说，属于科学假说的是( )
A．安培揭示磁现象电本质
B．爱因斯坦由光电效应的实验规律提出光子说
C．探究加速度与质量和外力的关系
D．建立质点模型
解析：探究加速度与质量和外力关系用的是控制变量法；建立质点模型是理想化方法；安培提出分子电流假说揭示了磁现象电本质，爱因斯坦提出光子说成功解释光电效应用的是科学假说．
答案：AB
