教科版高中物理選修(3-5)第3節(jié)《光的波粒二象性教案》學(xué)案

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1、最新教科版高中物理選修(3-5)第3節(jié)《光的波粒二象性教案》學(xué) 案 課前自主學(xué)習(xí) 1 .光是一種電磁波，具有波動(dòng)性,具有干涉和衍射等波所特有的性質(zhì). 2 .光子說(shuō)：光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)是一份一份的 ,而且光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能 量子組成的，光子的能量 = h V . 3 .康普頓效應(yīng) (1)光的散射：光子在介質(zhì)中和物體微粒相互作用 ,使光的傳播方向發(fā)生偏轉(zhuǎn),這種現(xiàn)象叫光 的散射. (2)康普頓效應(yīng)：X射線經(jīng)物質(zhì)散射后波長(zhǎng)變長(zhǎng)的現(xiàn)象. 4 .光的波粒二象性 (1)光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性，即光具有波粒二象性. (2)光的波動(dòng)性的證明：光能發(fā)生干涉、衍射和色散等波

2、特有的現(xiàn)象. (3)光的粒子性的證明：光在與其他物質(zhì)相互作用時(shí) ，能量和動(dòng)量是以一份一份的形式進(jìn)行 交換的.光電效應(yīng)現(xiàn)象和康普頓效應(yīng)證明光具有粒子性. 5 .光子的能量 = h V，動(dòng)量p=，兩式左側(cè)的 和p描述光的粒子性，右側(cè)的Y和入 入 描述光的波動(dòng)性，兩式把粒子性和波動(dòng)性緊密地聯(lián)系了起來(lái). 6 .光是一種概率波 在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，屏上亮紋的地方，是光子到達(dá)概率大幽地方，暗紋的地方是光子到達(dá)概率 生的地方.所以光波是一種概率波,即光波在某處的強(qiáng)度代表著光子在該處出現(xiàn)概率的大小 教學(xué)目標(biāo)： 1 . 了解光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性； 2 .知道實(shí)物粒子和光子一樣

3、具有波粒二象性；知道德布羅意波的波長(zhǎng)和粒子動(dòng)量關(guān) 系。 3 . 了解物理真知形成的歷史過(guò)程 ，了解物理學(xué)研究的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)事實(shí)以及實(shí)驗(yàn)對(duì)于物 理研究的重要性。知道某一物質(zhì)在不同環(huán)境下所表現(xiàn)的不同規(guī)律特性。 4 .通過(guò)學(xué)生閱讀和教師介紹講解，使學(xué)生了解科學(xué)真知的得到并非一蹴而就 ，需要經(jīng)過(guò) 一個(gè)較長(zhǎng)的歷史發(fā)展過(guò)程，不斷得到糾正與修正。 5 .通過(guò)相關(guān)理論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，使學(xué)生逐步形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。通過(guò)了解電子衍 射實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解創(chuàng)造條件來(lái)進(jìn)行有關(guān)物理實(shí)驗(yàn)的方法。 教學(xué)重點(diǎn) 實(shí)物粒子和光子一樣具有波粒二象性，德布羅意波長(zhǎng)和粒子動(dòng)量關(guān)系。 教學(xué)難點(diǎn) 實(shí)物粒子的波動(dòng)性的理解。 設(shè)計(jì)

4、思想： 在有關(guān)事實(shí)和已知觀點(diǎn)基礎(chǔ)下，歸納光的本性，培養(yǎng)學(xué)生注意全面把握物理規(guī)律和全面 把握物理規(guī)律的能力。課本材料和補(bǔ)充的史料讓學(xué)生先行閱讀 ，通過(guò)思考、辨析后歸納得出 正確結(jié)論，比教師一人講解更具有真實(shí)感和說(shuō)服力。同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生閱讀材料提取有關(guān)信 息的能力。對(duì)于難以理解的粒子的波動(dòng)性 ，并且實(shí)際條件不允許進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 ，必須充分展 示真實(shí)的歷史資料，加強(qiáng)說(shuō)服力。同時(shí)通過(guò)對(duì)歷史上創(chuàng)造條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法學(xué)習(xí) ，使 學(xué)生初步體會(huì)如何創(chuàng)造條件進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)探索 ，體會(huì)其中的奇妙之處，增強(qiáng)進(jìn)行科學(xué)探索的 興趣。 教學(xué)方法 學(xué)生閱讀-討論交流-教師講解-歸納總結(jié) 教學(xué)資源： 課件：

5、PP演示文稿(科學(xué)家介紹，本節(jié)知識(shí)結(jié)構(gòu))。多媒體教學(xué)設(shè)備。 教學(xué)設(shè)計(jì)： 學(xué)習(xí)活動(dòng)一：通過(guò)自主閱讀教材了解康普頓效應(yīng) 問(wèn)題1:什么是康普頓效應(yīng)？ (1)光的散射 光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用 ，因而 傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散 射。 (2)康普頓效應(yīng) 1923年康普頓在做 X射線通過(guò)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線 中除有與入射線波長(zhǎng)相同的射線外 ，還有比 入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線 ，其波長(zhǎng)的改變量與散射角有關(guān) ，而與入射線波長(zhǎng) 和散射物質(zhì)都無(wú)關(guān)。 (3 ) 康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律 按經(jīng)典電磁理論：如果入射 X光是某種波長(zhǎng)的電磁波，散射光的波長(zhǎng)是不會(huì)改變的！ 散射中出

6、現(xiàn)九豐%的現(xiàn)象,稱為康普頓散射。 康普頓散射曲線的特點(diǎn)：① 除原波長(zhǎng)％外出現(xiàn)了移向長(zhǎng)波方 向的新的散射波長(zhǎng)■ ②新波長(zhǎng)K隨散射角的增大而增大。 波長(zhǎng)的偏移為-0 波長(zhǎng)的偏移只與散射角 邛有關(guān)，而與散射物質(zhì)種類及入射的 X 射線的波長(zhǎng)九0無(wú)關(guān)，△五=九— ％ = 1c (1 — cos中)，七= 0.0241?=2.41 X 10-3nm (實(shí)驗(yàn)值)稱為電子的波長(zhǎng)只有當(dāng)入射波長(zhǎng) %與九c可比擬時(shí)，康普頓效應(yīng)才顯著,因此要用 X射線才能觀察到 康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。 問(wèn)題2:康普頓效應(yīng)現(xiàn)象說(shuō)明了什么？ (1)經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時(shí)遇到的困難： ①根據(jù)經(jīng)典電

7、磁波理論，當(dāng)電磁波通過(guò)物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng) ，其頻率等 于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。 ②無(wú)法解釋波長(zhǎng)改變和散射角的關(guān)系。 (2)光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋 ①若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散 射光的波長(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)。 ②若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞 ，光子將與整個(gè)原子交換能量 ，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn) 小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長(zhǎng)不變。 ③因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān) ，所以波長(zhǎng)改變和散射角有關(guān) (3)康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義 ①有力地支持了愛因斯坦“光量子

8、”假設(shè)； ②首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了 “光子具有動(dòng)量”的假設(shè)； ③證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中 ，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的。 展示演示文稿資料：康普頓 康普頓的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期的幾篇論文中，一直認(rèn)為散射光頻率的改變 是由于“混進(jìn)來(lái)了某種熒光輻射”；在計(jì)算中起先只考慮能量守恒 ，后來(lái)才認(rèn)識(shí)到還要用動(dòng) 量守恒。 康普頓于1927年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。展示演示文稿資料：吳有訓(xùn)對(duì)研究康普頓效應(yīng)的貢 獻(xiàn)1923年，吳有訓(xùn)參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)的研究工作 ^ 1925—1926年，吳有訓(xùn)用銀的 X射線（九0=5.62nm）為入射線,以15種輕重不同的元素 為散射物質(zhì)，在同一散射

9、角（中=120）測(cè)量各種波長(zhǎng)的散射光強(qiáng)度 ，作了大量 X射線散射 實(shí)驗(yàn)。對(duì)證實(shí)康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn)。 點(diǎn)評(píng)：應(yīng)用物理學(xué)家的歷史資料 ，不僅有真實(shí)感，增強(qiáng)了說(shuō)服力，同時(shí)也能對(duì)學(xué)生進(jìn)行發(fā) 放教育，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神 ，激發(fā)學(xué)生的探索精神。 （4）光子的能量和動(dòng)量 說(shuō)明： E =mc2 E =h、 h、. h、 h、 h .m = 2- . P=mc= 2*c= = c c c , 動(dòng)量能量是描述粒子的，頻率和波長(zhǎng)則是用來(lái)描述波的 例、康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量 ，也有動(dòng)量.圖給出了 虬 ■ ; 光子與靜止電子碰撞后，電子的運(yùn)動(dòng)方向，則碰撞后光子可能沿

10、 一釬-苗子 女: 方向 運(yùn)動(dòng)，并且波長(zhǎng)（填“不變” “變短”或 電十\ 3 “變長(zhǎng)”）. 船前 底瞳1 解析因光子與電子的碰撞過(guò)程動(dòng)量守恒 ，所以碰撞后光子和 電子的總動(dòng)量的方向與光子碰撞前動(dòng)量的方向一致 ，可見碰撞后光子運(yùn)動(dòng)的方向可能沿 1 方向，不可能沿2或3方向；通過(guò)碰撞，光子將一部分能量轉(zhuǎn)移給電子 ，光子的能量減少，由 = h Y知，頻率變小，再根據(jù)c=入Y知，波長(zhǎng)變長(zhǎng). 答案1變長(zhǎng) 問(wèn)題設(shè)計(jì)：聯(lián)系回顧光的波動(dòng)理論的發(fā)展過(guò)程 ，結(jié)合現(xiàn)學(xué)知識(shí)說(shuō)明：哪些現(xiàn)象說(shuō)明光具有 波動(dòng)性？哪些現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性？人們對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)發(fā)展史經(jīng)過(guò)哪幾個(gè)階段？ 答案 光電效應(yīng)和康普頓

11、效應(yīng)說(shuō)明光具有波動(dòng)性 .光的干涉和衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性 學(xué)習(xí)活動(dòng)二：光的波粒二象性 問(wèn)題1：前面我們學(xué)習(xí)了有關(guān)光的一些特性和相應(yīng)的事實(shí)表現(xiàn) ，那么我們究竟怎樣來(lái)認(rèn) 識(shí)光的本質(zhì)和把握其特性呢？請(qǐng)同時(shí)舉出相應(yīng)的事實(shí)基礎(chǔ)。 學(xué)生閱讀課本、思考后回答：光是一種物質(zhì) ，它既具有粒子性，又具有波動(dòng)性。在不同 條件下表現(xiàn)出不同特性。（分別舉出有關(guān)光的干涉衍射和光電效應(yīng)等實(shí)驗(yàn)事實(shí)）。 點(diǎn)評(píng)：讓學(xué)生閱讀課本內(nèi)容結(jié)合前面所學(xué)知識(shí)進(jìn)行歸納總結(jié) ，形成正確觀點(diǎn)。 問(wèn)題2:什么是波粒二象性？ 在學(xué)生的辨析說(shuō)明下進(jìn)行歸納整理。 (1)我們所學(xué)的大量事實(shí)說(shuō)明：光是一種波 ，同時(shí)也是一種粒子，光具有波粒二

12、象性。 光的分立性和連續(xù)性是相對(duì)的 ，是不同條件下的表現(xiàn)，光子的行為服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。 (2)光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的概率遵從波動(dòng)規(guī)律 ，物理學(xué)中把光波叫做概率波。 點(diǎn)評(píng)：通過(guò)學(xué)生歸納總結(jié)形成結(jié)論 ，教師再進(jìn)行講解，學(xué)生容易接受。充分注重知識(shí)的 學(xué)生自主形成過(guò)程。 (3)光子的能量與頻率以及動(dòng)量與波長(zhǎng)的關(guān)系。 ；=hv p = h /， 讓學(xué)生找到更多的關(guān)系公式： p = h /九=hv/2-v = &/c 提問(wèn)：受此啟發(fā)，人們想到：同樣作為物質(zhì)的實(shí)物粒子 (如電子、原子、分子等)是否也 具有波動(dòng)性呢？ 學(xué)生閱讀課本“粒子的波動(dòng)性”。 點(diǎn)評(píng)：讓學(xué)生帶著問(wèn)題閱讀，提高閱讀的效率，培

13、養(yǎng)學(xué)生從課文材料中提取有關(guān)信息的 能力。 學(xué)說(shuō)名稱 微粒說(shuō) 波動(dòng)說(shuō) 電磁說(shuō) 光子說(shuō) 波粒二象性 代表人物 牛頓 托馬斯?楊 和菲涅耳 麥克斯韋 愛因斯坦 公認(rèn) 實(shí)驗(yàn)依據(jù) 光的直 線傳 播、光 的反射 光的干 涉、衍射 能在真空中 傳播，是橫 波，光速等于 電磁波波速 光電效應(yīng)、康 普頓效應(yīng) 光既有波動(dòng)現(xiàn)象， 又有粒子特征 內(nèi)容要點(diǎn) 業(yè)縣一 兒心 群彈性 粒子 光是一種機(jī) 械波 光5種電 磁波 光是由一份一 份光子組成的 光是一種概率波光 具有波粒二象性 小結(jié)： 1 .對(duì)光的波粒二象性的理解 光 的 波 粒 二 象 性

14、 實(shí)驗(yàn)依據(jù) 光電效應(yīng) 康普頓效應(yīng) 粒子性｛ 個(gè)別光子表現(xiàn)出粒子性 表現(xiàn)4相互作用時(shí)表現(xiàn)出粒子性 L 、高頻光粒子性顯著 實(shí)驗(yàn)依據(jù) 衍射 12 / 13 波動(dòng)性 大量光子表現(xiàn)出波動(dòng)性 表現(xiàn)彳光在傳播時(shí)表現(xiàn)出波動(dòng)性 J氐頻光波動(dòng)性顯著 ―一 h 2 .光子的能重 E= hv和動(dòng)重p=一 入 普朗克常量h把描述粒子T的能量 E和動(dòng)量p,與描述波動(dòng)性的頻率 丫、波長(zhǎng) 入緊密地聯(lián) 系在一起，生動(dòng)地說(shuō)明光具有波粒二象性. 例2.有關(guān)光的本性，下列說(shuō)法正確的是（ ） A.光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，這是互相矛盾和對(duì)立的 B.光的波動(dòng)性類似于機(jī)械波，光

15、的粒子性類似于質(zhì)點(diǎn) C.大量光子才具有波動(dòng)性，個(gè)別光子只具有粒子性 D.由于光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，無(wú)法只用其中一種去說(shuō)明光的一切行為 ，只能認(rèn)為 光具有波粒二象性 解析：19世紀(jì)初，人們成功地在實(shí)驗(yàn)中觀察到了光的干涉、衍射現(xiàn)象 ，這屬于波的特征，微 粒說(shuō)無(wú)法解釋.但到了 19世紀(jì)末又發(fā)現(xiàn)了光的新現(xiàn)象一一光電效應(yīng) ，這種現(xiàn)象波動(dòng)說(shuō)不能 解釋，證實(shí)光具有粒子性.因此 ，光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，但不同于宏觀的機(jī)械波和 質(zhì)點(diǎn).波動(dòng)性和粒子性是光在不同的情況下的不同表現(xiàn) ，是同一客觀事物的兩個(gè)不同側(cè)面、 不同屬性，我們無(wú)法用其中一種去說(shuō)明光的一切行為 ，只能認(rèn)為光具有波粒二象

16、性.故選項(xiàng) D正確. 答案 D 學(xué)習(xí)活動(dòng)三：通過(guò)閱讀教材了解物質(zhì)波 問(wèn)題1:誰(shuí)大膽地將光的波粒二象性推廣到實(shí)物粒子？只是因?yàn)樗竽憜幔? 學(xué)生回答：法國(guó)科學(xué)家德布羅意考慮到普朗克能量子和愛因斯坦光子理論的成功 ，大膽 地把光的波粒二象性推廣到實(shí)物粒子。 展示演示文稿資料：有關(guān)德布羅意。 (1)德布羅意波 實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，這種波稱之為物質(zhì)波，也叫德布羅意波。 (2)物質(zhì)波波長(zhǎng) h h E 九二—= =—— p mv p 提問(wèn)：各物理量的意義？ 學(xué)生回答：入為德布羅意波長(zhǎng)，h為普朗克常量，p為粒子動(dòng)量。 點(diǎn)評(píng)：對(duì)物理原理公式的理解關(guān)鍵在于對(duì)各物理量意義的理解。

17、講述：當(dāng)時(shí)這一觀點(diǎn)超出了人們的想象 ，不被人們所接受，歷史上類似的事例我們還知 道那些？ 學(xué)生回答：伽利略的兩個(gè)鐵球同時(shí)落地等。 點(diǎn)評(píng)：使學(xué)生了解正確的知識(shí)理論往往并不是一提出就能被大家所接受的。 問(wèn)題2 :讓學(xué)生帶著問(wèn)題閱讀課本有關(guān)內(nèi)容 ，為什么德布羅意波觀點(diǎn)很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn) 證？又是在怎樣的條件下使實(shí)物粒子的波動(dòng)性得到了驗(yàn)證？ 學(xué)生閱讀教材后回答：宏觀物體的波長(zhǎng)比微觀粒子的波長(zhǎng)小得多 ，這在生活中很難找到 能發(fā)生衍射的障礙物，所以我們并不認(rèn)為它有波動(dòng)性.作為微觀粒子的電子 ，其德布羅意波 波長(zhǎng)為10-10m數(shù)量級(jí)，找與之相匹配的障礙物也非易事. 例題：某電視顯像管中電子的運(yùn)

18、動(dòng)速度是 4.0X107m/s；質(zhì)量為10g的一顆子彈的運(yùn)動(dòng) 速度是200m/s.分別計(jì)算它們的德布羅意波長(zhǎng). 引導(dǎo)學(xué)生分析，學(xué)生解答：根據(jù)公式 ？Q = h/p計(jì)算得1.8 xi0-11m和3.3 X10-34m 點(diǎn)評(píng)：通過(guò)具體計(jì)算使學(xué)生對(duì)實(shí)物粒子的德布羅意波長(zhǎng)有感性認(rèn)識(shí) ，進(jìn)一步理解實(shí)物粒 子波動(dòng)性驗(yàn)證的困難。 說(shuō)明：由計(jì)算結(jié)果知，通常生活中觀察不到實(shí)物波動(dòng)特性征的原因。 展示演示文稿資料：電子波動(dòng)性的發(fā)現(xiàn)者 戴維森和小湯姆遜 (電子波動(dòng)性的發(fā)現(xiàn)，使得德布羅意由于提出實(shí)物粒子具有波動(dòng)性這一假設(shè)得以證實(shí) ， 并因此而獲得 1929年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).而戴維森和小湯姆遜由于發(fā)現(xiàn)了

19、電子的波動(dòng)性也同 獲1937年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)) 學(xué)生閱讀有關(guān)物理學(xué)歷史資料 ，了解物理學(xué)有關(guān)知識(shí)的形成建立和發(fā)展的真是過(guò)程。 點(diǎn)評(píng)：應(yīng)用物理學(xué)家的歷史資料 , 不僅有真實(shí)感 , 增強(qiáng)了說(shuō)服力 , 同時(shí)也能對(duì)學(xué)生進(jìn)行發(fā) 放教育 , 有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神 , 激發(fā)學(xué)生的探索精神。 教師：講述電子衍射實(shí)驗(yàn)： 1927 年 , 兩位美國(guó)物理學(xué)家使電子束投射到鎳的晶體上 , 得 到了電子束的衍射圖案．從而證實(shí)了德布羅意的假設(shè)。 學(xué)生了解更具體的相關(guān)歷史資料。 小結(jié)：除了電子以外 , 后來(lái)還陸續(xù)證實(shí)了質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動(dòng)性。 問(wèn)題 3：衍射現(xiàn)象對(duì)高分辨率的顯微鏡有影

20、響否？如何改進(jìn)？ 學(xué)生閱讀課本材料：顯微鏡的分辨本領(lǐng)。 問(wèn)題 4 ： 在經(jīng)典物理學(xué)的觀念中 ,, 人們形成了一種觀念 , 物質(zhì)要么具有粒子性 , 要么具有波 動(dòng)性 , 非此即彼。任意時(shí)刻的確定位置和速度以及空中的確定軌道 , 是經(jīng)典物理學(xué)粒子運(yùn)動(dòng) 的基本特征。與經(jīng)典的粒子不同 , 經(jīng)典的波在空間中是彌散開來(lái)的 , 其特征是具有頻率和波 長(zhǎng) , 也就是具有時(shí)空的周期性。顯而易見 , 在經(jīng)典物理學(xué)中 , 波和粒子是兩種不同的研究對(duì)象 具有非常不同的表現(xiàn)。那么 , 為什么光和微觀粒子既表現(xiàn)有波動(dòng)性又表現(xiàn)有粒子性的雙重屬 性呢？ 學(xué)生跟隨老師的講述對(duì)于原來(lái)所學(xué)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行自主的回顧和

21、歸納整理。 問(wèn)題 5：在微觀世界中 , 如何把波的圖象與粒子的圖象統(tǒng)一起來(lái)呢？ 學(xué)生思考、討論后給出一些答復(fù) , 就各種答案加以分析提煉總結(jié)。 1、德布羅意波的統(tǒng)計(jì)解釋 1926 年, 德國(guó)物理學(xué)玻恩 (Born , 1882--1972 ) 提出了概率波 , 認(rèn)為個(gè)別微觀粒子 在何處出現(xiàn)有一定的偶然性 , 但是大量粒子在空間何處出現(xiàn)的空間分布卻服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī) 律。 展示演示文稿資料：玻恩 點(diǎn)評(píng)：應(yīng)用物理學(xué)家的歷史資料 , 不僅有真實(shí)感 , 增強(qiáng)了說(shuō)服力 , 同時(shí)也能對(duì)學(xué)生進(jìn)行發(fā) 放教育 , 有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神 , 激發(fā)學(xué)生的探索精神。 2、概率波對(duì)光的雙

22、縫衍射現(xiàn)象的解釋： 光是一種粒子 , 它和物質(zhì)的作用是“一份一份”地進(jìn)行的 . 用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn) . 從光子打在膠片上的位置 , 我們發(fā)現(xiàn)了規(guī)律性 . 甲 gr; ■IIIJMH 乙 丙 丁 曝光量很少時(shí)可以清牌地litti光的粒子性. ?光■據(jù)大時(shí)可以■出性子的分布n從波動(dòng)規(guī)設(shè). 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng)，底片上只出現(xiàn)一些無(wú)規(guī)則分布的點(diǎn)子 ，那些點(diǎn)子 是光子打在底片上形成的，如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，我們無(wú)法把它們區(qū)分開，因此看起來(lái)是連續(xù) 的.單個(gè)光子通過(guò)雙縫后的落點(diǎn)無(wú)法預(yù)測(cè) ，但是研究很多光子打在膠片上的位置 ，我們發(fā)現(xiàn)了 規(guī)律性：光子落在某些條形區(qū)域內(nèi)的可能性

23、較大 .這些條形區(qū)域正是某種波通過(guò)雙縫后發(fā)生 干涉時(shí)振幅加強(qiáng)的區(qū)域.這個(gè)現(xiàn)象表明，光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大小（概率） ，正是 由于這個(gè)原因，1926年德國(guó)的物理學(xué)家波恩指出：雖然不能肯定某個(gè)光子落在哪一點(diǎn) ，但由 屏上各處明暗不同可知，光子落在各點(diǎn)的概率是不一樣的 ，即光子落在明紋處的概率大 ，落在 暗紋處的概率小。這就是說(shuō) ，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過(guò)波動(dòng)的規(guī)律確定 ，所以，從光子 的概念上看，光波是一種概率波。 物理學(xué)中把光波叫做概率波.概率表征某一事物出現(xiàn)的可能性 . 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的探索，人們對(duì)光的認(rèn)識(shí)越來(lái)越深入了 .光既是一種波，又是一種粒子，光既表 現(xiàn)出波動(dòng)性又表現(xiàn)出

24、粒子性 .而在我們的經(jīng)驗(yàn)中找不到既是波 ，又是粒子的東西.這是因?yàn)槲?們的經(jīng)驗(yàn)局限于宏觀物體的運(yùn)動(dòng) ，微觀世界的某些屬性與宏觀世界不同 ，我們從來(lái)沒有過(guò)類 似的經(jīng)歷.隨著人類的認(rèn)識(shí)范圍不斷擴(kuò)展 ，不可能直接感知的事物出現(xiàn)在我們面前 .在這種情 況下我們就要設(shè)想一種模型 ，盡管以日常經(jīng)驗(yàn)來(lái)衡量，這個(gè)模型的行為十分古怪，但是只要能 與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，它就能夠在一定范圍內(nèi)正確代表所研究的對(duì)象 ^ 3、光的波動(dòng)性與粒子性是不同條件下的表現(xiàn)： 小結(jié)：大量光子行為顯示波動(dòng)性；個(gè)別光子行為顯示粒子性； 光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性越強(qiáng)；光的波長(zhǎng)越短，粒子性越強(qiáng) 4、概率波對(duì)物質(zhì)波的雙縫衍射現(xiàn)象的解釋 對(duì)

25、于電子和其他微觀粒子，由于同樣具有波粒二象性，所以與它們相聯(lián)系的物質(zhì)波也是 概率波。也就是說(shuō)，單個(gè)粒子位置是不確定的。對(duì)于大量粒子 ，這種概率分布導(dǎo)致確定的宏 觀結(jié)果。 總之，按光子的模型，用統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)看待單個(gè)粒子與粒子總體的聯(lián)系 ，并將波的觀點(diǎn)與粒子 觀點(diǎn)結(jié)合起來(lái)了，但這里的波是特殊意義的波，因而被稱為“概率波”. 這種對(duì)物質(zhì)波衍射 與實(shí)物粒子的波粒二象性的理解，稱作統(tǒng)計(jì)解釋或概率解釋. 【小結(jié)】 一、德布羅意物質(zhì)波假說(shuō) 1924年，德布羅意提出一個(gè)大膽的假設(shè)：實(shí)物粒子像 一樣，也具有 性，可以引入波長(zhǎng)、頻率的概念 ，并且有：E=, p=。 二、德布羅意波（物質(zhì)波）的波長(zhǎng) 實(shí)物

26、粒子也具有波動(dòng)性，這種波稱之為物質(zhì)波，也叫德布羅意波。 物質(zhì)波波長(zhǎng)： 兒= 九為德布羅意波長(zhǎng)，h為普朗克常量，p為粒子動(dòng)量。 三、電子波動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)證實(shí) 宏觀物體的質(zhì)量比微觀粒子大得多 ，它們運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)量很大，它們對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng) 就很,很難觀察到它的波動(dòng)性。 1926年，美國(guó)的戴維孫和革末做了電子束在晶體表面上的散射實(shí)驗(yàn) ,觀察到了和X射線 衍射類似的電子衍射現(xiàn)象,首先證實(shí)了電子的 性。 四、氫原子中的電子云 電子在原子中運(yùn)行是沒有軌道的 ，我們能知道的只是當(dāng)原子處于不同的狀態(tài)時(shí) ，電子在 原子核周圍各處出現(xiàn)的 大小。 【課堂反饋】 1 .在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮紋的

27、光強(qiáng)占從單縫射入的整個(gè)光強(qiáng)的 95%以上，假設(shè)現(xiàn)在只讓 一個(gè)光子通過(guò)單縫那么該光子（ ） A. 一定落在中央亮條紋處 B. 一定落在亮紋處 C.可能落在暗紋處 D.落在中央亮紋處的可能性最大 2 .關(guān)于光的波粒二象性的理解中正確的是（ ） A.既不能把光子看成宏觀觀念中的粒子 ，也不能把光波看成宏觀觀念中的波 B.光的頻率越低的光的波動(dòng)性越明顯 ，相反，頻率越高的光粒子性越明顯 C.光在傳播過(guò)程中彳往顯示波動(dòng)性，在與物質(zhì)作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性 D.大量光子產(chǎn)生的效果往往表現(xiàn)出波動(dòng)性 ，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果往往表現(xiàn)出粒子性 3 .下列關(guān)于物質(zhì)波的認(rèn)識(shí)中正確的是 （） A .

28、任何一個(gè)物體都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這就是物質(zhì)波 B . X光的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的 C .電子的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的 D .物質(zhì)波是一種概率波 4 . 2002年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)中的一項(xiàng)是獎(jiǎng)勵(lì)美國(guó)科學(xué)家賈科尼和日本科學(xué)家小柴晶俊發(fā)現(xiàn) 了宇宙X射線源.X射線是一種高頻電磁波，若X射線在真空中的波長(zhǎng)為 入，以h表示 普朗克常量，c表示真空中的光速 ，以E和p分別表示 X射線每個(gè)光子的能量和動(dòng)量 ，則 h A.E= ,p=0 c B. E*，p= C. E= hc ,p=0 , 人 D. E= Tc ,P= 人 5 .在中子衍射技術(shù)中，常利

29、用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu) ，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波長(zhǎng)與晶體中 原子間距相近.已知中子質(zhì)量 m=1. 67x10—27kg,普朗克常量 h=6. 63x10 34J - s,可以估算 德布羅意波長(zhǎng) 入=1. 82x10-10m的熱中子動(dòng)能的數(shù)量級(jí)為 （ ） A. 10 17J B . 10 19J C . 10 21J D . 10 24 J 【課后檢測(cè)】 1 ．下列關(guān)于光的波粒二象性的說(shuō)法中正確的是（ ） A.光的波動(dòng)性和粒子性是相互矛盾的，不能統(tǒng)一 B.在衍射現(xiàn)象中，暗條紋的地方是光子永遠(yuǎn)不能到達(dá)的地方 C.大量光子表現(xiàn)出的波動(dòng)性強(qiáng) ，少量光子表現(xiàn)出的粒子性強(qiáng) D.頻率低的光

30、子表現(xiàn)出的粒子性強(qiáng) ，頻率高的光子表現(xiàn)出的波動(dòng)性強(qiáng) 2 ．下列光的波粒二象性的說(shuō)法中 , 正確的是（ ） A.有的光是波，有的光是粒子. B.光子與電子是同樣的一種粒子. C.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著，波長(zhǎng)越短，其粒子性越顯著. D.大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性. 3 ．關(guān)于光的本性 , 下列說(shuō)法中正確的是（ ） A.關(guān)于光的本性，牛頓提出微粒說(shuō)，惠更斯提出波動(dòng)說(shuō)，愛因斯坦提出光子說(shuō)，它們都說(shuō)明 了光的本性 B.光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏觀概念上的波 ，也可以看成微觀概念上的 粒子 C.光的干涉、衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性 ，光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性

31、D.光的波粒二象性是將牛頓的粒子說(shuō)和惠更斯的波動(dòng)說(shuō)真正有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái) 4 ．關(guān)于光的波粒二象性的理解中正確的是（ ） A.既不能把光子看成宏觀觀念中的粒子 ，也不能把光波看成宏觀觀念中的波 B.光的頻率越低的光的波動(dòng)性越明顯 ，相反，頻率越高的光粒子性越明顯 C.光在傳播過(guò)程中往往顯示波動(dòng)性 ，在與物質(zhì)作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性 D.大量光子產(chǎn)生的效果往往表現(xiàn)出波動(dòng)性 ，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果往往表現(xiàn)出粒子性 5 .光具有波粒二象性，光子能量E= hv,其中頻率v表征波的特征。在愛因斯坦提出光子說(shuō) 后，法國(guó)物理學(xué)家德布羅意提出了光子動(dòng)量與光波波長(zhǎng)的關(guān)系： p= h/入。從激光管以功率 P

32、w= 60W發(fā)射波長(zhǎng)入=663nm的光束，由上述理論計(jì)算：若光束全部被某黑體表面吸收 ，那么 該黑體表面所受到光束對(duì)它的作用力 F 是多大？ 6 ．為了驗(yàn)證光的波粒二象性 , 在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中將光屏換成感光膠片 , 并設(shè)法減弱光的強(qiáng)度 下列說(shuō)法正確的是（ ） A.曝光時(shí)間很短的照片可清楚地看出光的粒子性 ，曝光時(shí)間長(zhǎng)的照片，大量亮點(diǎn)聚集起來(lái) 看是連續(xù)的 , 說(shuō)明大量光子不具有粒子性 B.單個(gè)光子通過(guò)雙縫后的落點(diǎn)無(wú)法預(yù)測(cè) ，大量光子打在膠片上的位置表現(xiàn)出波動(dòng)規(guī)律 C.單個(gè)光子通過(guò)雙縫后做勻速直線運(yùn)動(dòng) D.干涉條紋的亮條紋處光子到達(dá)的概率大 ，暗條紋處光子不能達(dá)到 7 ．下列哪組

33、現(xiàn)象能說(shuō)明光具有波粒二象性（ ） A.光的色散和光的干涉 8 .光的干涉和光的衍射 C.光的反射和光電效應(yīng) D.泊松亮斑和光電效應(yīng) 8 ．假設(shè)一個(gè)沿著一定方向運(yùn)動(dòng)的光子和一個(gè)靜止的自由電子相互碰撞后 , 電子向某一方向 運(yùn)動(dòng),光子將偏離原運(yùn) 動(dòng)方向,這種現(xiàn)象稱為光的散射,散射 后的光子跟原來(lái)相比 （） A.光子將從電子處獲得能量，因而頻率增大 B.散射后的光子運(yùn)動(dòng)方向?qū)⑴c電子運(yùn)動(dòng)方向在一直線上 ，但方向相反 C.由于電子受到碰撞，散射光子的頻率低于入射光子的頻率 D.散射光子雖改變?cè)瓉?lái)的運(yùn)動(dòng)方向，但頻率不變 9 ．在 X 射線管中 , 由陰極發(fā)出的電子（初速度可視為零）

34、 , 被加速后打在陽(yáng)極上 , 會(huì)產(chǎn)生 X 光在內(nèi)的各種能量的光子 , 其中光子能量的最大值等于電子的動(dòng)能 , 已知陰極和陽(yáng)極之間的 電勢(shì)差為U,普朗克常量為h,電子的電量為e,真空中光速為c,求X射線管發(fā)出的X射線的 最大頻率和最短波長(zhǎng)。 10 ．照相底片上的感光物質(zhì)中的 AgBr 分子在光照射下能分解 , 經(jīng)沖洗后就能記錄下來(lái)（這 種現(xiàn)象稱為“光化效應(yīng)” , 與光電效應(yīng)類似 , 只有入射光的光子的能量大于某一數(shù)值 , 才能發(fā) 生）。已知分解一個(gè) AgBr分子所需要的最小能量約為 1.0 X10T9J,求這種照相底片感光的 截止波長(zhǎng)（即它能記錄的光的最大波長(zhǎng)值） 11 .能引起人

35、眼視覺效應(yīng)的最小能量為 10T8J,已知可見光的平均波長(zhǎng)為 600nm,h=6.63 X 10 34J - s,進(jìn)入人眼的光子數(shù)至少是多少時(shí) ，人才能看清物體？ 12 .已知人眼瞳孔的直徑為 d,1秒鐘內(nèi)進(jìn)入瞳孔 N個(gè)波長(zhǎng)為入的光子時(shí)，就能引起視覺，若 輻射功率為 P的點(diǎn)光源，能發(fā)射出波長(zhǎng)為 入的光，則此光源能被人眼看到的最大距離是多 少？ 13．太陽(yáng)光垂直射到地面上時(shí) ,1m2 地面接受的太陽(yáng)光的功率為 1.4kW, 其中可見光部分約占 45% （ 1）假設(shè)認(rèn)為可見光的波長(zhǎng)約為 0.55um,日地間距離R= 1.5 x 10”m,普朗克常量h = 13 63 X 10—34J ? s,估算太陽(yáng)每秒輻射出的可見光光子為多少？ （2）若已知地球半徑為 r = 6.4 x 106m,估算地球接收的太陽(yáng)光的總功率。 13 / 13