细品教材
在经典理念中，“波”和“粒子”是两个截然不同的概念，具有不同的特征.然而光却具有“波粒二象性”：光既是电磁波，又是粒子，将“波”和“粒子”的特征集于一身.德布罗意勇敢地打破传统观念，“异想天开”地把光的“波粒二象性”推广到所有的实物粒子，提出物质波的概念.这个在当时看来“荒谬至极”的想法，却被实验证实是正确的.由此人们认识到，“波粒二象性”在宏观世界是不可想象的，却是微观世界的普遍规律.

电子双缝干涉图样
一、光的波粒二象性
情景再现
有记者曾问英国物理学家、诺贝尔获奖者布拉格教授：光是波还是粒子？布拉格幽默地回答道：“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.”那么与我们的生活息息相关的光到底是什么呢？

要点详解
1.  对光本性认识的历史过程

2.光的波粒二象性
光的干涉和衍射以及偏振现象证明光是一种波，光电效应和康普顿效应证明光是粒子.无法用一种观点解释光的各种行为，上述两类现象分别从不同的侧面描述了光的本性，光既具有粒子性，又具有波动性，光具有波粒二象性.
对光的波粒二象性的理解：
(1)大量光子产生的效果显示出波动性,比如干涉、衍射现象中,如果用强光照射,在光屏上立刻出现了干涉、衍射条纹,波动性体现了出来;个别光子产生的效果显示出粒子性.如果用微弱的光照射,在屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点,粒子性充分体现,但是如果微弱的光在照射时间加大的情况下,在感光底片上的光点分布又会出现一定的规律性,倾向于干涉、衍射的分布规律.这些实验,为人们认识光的波粒二象性提供了良好的依据.
(2)光子和电子、质子等实物粒子一样,具有能量和动量.和其他物质相互作用时,粒子性起主导作用.
(3)光子的能量与其对应的频率成正比,而频率是波动性特征的物理量,因此ε=hν,揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系.
(4)对不同频率的光,频率低、波长长的光,波动性特征显著;而频率高、波长短的光,粒子性特征显著.
(5)光在传播时体现出波动性,在与其他物质相互作用时体现出粒子性.
综上所述,光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体,相互间并不是独立的.
状元笔记
在ε=hν和p=h/λ中，等号前面的ε、p是描述粒子属性的物理量，等号后面的ν、λ是描述波动属性的物理量，它们通过普朗克常量h联系在一起，所以h是联系波动性与粒子性之间的桥梁.
【示例】对光的认识,以下说法正确的是（   ）
A.个别光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动性
B.光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间的相互作用引起的
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：个别光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动性;光与物质相互作用,表现为粒子性,光的传播表现为波动性,光的波动性与粒子性都是光的本质属性,因为波动性表现为粒子分布概率,光的粒子性表现明显时仍具有波动性,因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律,故正确选项有A、B、D.
答案：ABD
二、粒子的波动性
1.物质波：1924年，德布罗意提出：实物粒子和光一样，也具有波粒二象性.能量为ε、动量为p的粒子，其对应的波的波长和频率分别为λ和ν，且、.
【示例】一粒子弹，质量为1 g，以1 000 m/s的速度运动，求其德布罗意波波长.一个静止的电子经100 V的电压加速后，求其德布罗意波波长.(已知电子质量、电荷量分别为0.91×10^-30 kg、1.6×10^-19C)
解析：子弹的波长为
电子加速后的速度为v_e，则由动能定理得：，解得 
所以
=1.2×10^-10 m=0.12 nm.
答案：6.626×10^-34m，0.12 nm
2.物质波的实验验证
(1)验证物质波是否存在的思路：干涉和衍射是波的特性，如果实物粒子具有波动性，在一定条件下应该能够观察到其干涉或衍射现象.宏观物体(例如上述示例中的子弹）的动量很大，其物质波的波长极短，不易观察到它的干涉和衍射现象，但是微观粒子(例如上述示例中加速后的电子），其物质波的波长较长(与X射线相当），可能观察到其干涉或衍射现象.
(2)证明物质波存在的实验事实
①1927年，戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，观察到了电子衍射图样，如图17-3-1所示，从而证明了电子的波动性.

17-3-1
②1960年，约恩孙利用电子做了双缝干涉实验，当少数电子通过双缝时，在屏上看到分布不规则的亮点，当大量电子通过双缝时，观察到了明显的干涉条纹，如图17-3-2所示.这不仅证明了电子具有波动性，而且得知物质波是概率波，即某一个电子到达屏上的位置是随机的，但是大量电子到达屏上某位置的几率受波动规律的支配.

电子双缝干涉实验图样
17-3-2
③后来，陆续证实了质子、中子以及原子和分子的波动性.大量事实佐证了德布罗意理论的正确性.1929年，德布罗意为此获得诺贝尔物理学奖.
【示例】关于物质波，下列说法错误的是（   ）
A.任何运动的物体都伴随一种波，这种波叫做物质波
B.X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作物质波，但它们不具有干涉和衍射等现象
解析：根据德布罗意物质波理论知，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，这种波叫做物质波，所以选项A正确.由于X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X射线的衍射现象，并不能证实物质波理论的正确性，即选项B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，故选项C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，干涉和衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉和衍射现象，故选项D错误.
答案：BD
 
梳理整合
在光的波粒二象性的基础上引出德布罗意波的概念，通过电子的衍射实验验证德布罗意波理论的正确.本节的知识结构如下：

 
思维感悟
1.任何一个运动的物体都具有波动性.为了观察到光的明显的衍射图样，要求缝宽不能比光的波长大得多，若要探测到炮弹的波动性，所用狭缝宽度的数量级要达到10^-37 ｍ，目前我们还尚无能力，所以很难观察到宏观物体的衍射图样.但不能因此否定宏观物体的波动性，这是解题要特别注意的.
2.不能将物质波与宏观意义上的机械波相混淆，物质波的实质是指粒子在空间的分布的概率是受波动规律支配的，它与机械波有着本质的区别，更不能将粒子的运动轨迹与波动性联系在一起.