《四川省宜賓市一中高中物理 第四章 波粒二象性 4.3 光的波粒二象性 4.4 實物粒子的波粒二象性 4.5 不確定關(guān)系課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《四川省宜賓市一中高中物理 第四章 波粒二象性 4.3 光的波粒二象性 4.4 實物粒子的波粒二象性 4.5 不確定關(guān)系課件（32頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第四章波粒二象性目標(biāo)定位1.知道光的波粒二象性，理解其對立統(tǒng)一的關(guān)系.2.了解德布羅意波和概率波，知道它們都遵循統(tǒng)計規(guī)律.3.會用不確定關(guān)系的公式分析簡單問題3光的波粒二象性4實物粒子的波粒二象性5不確定關(guān)系一、光的波粒二象性概率波知識探究 問題設(shè)計1什么現(xiàn)象體現(xiàn)出了光的波動性？什么現(xiàn)象體現(xiàn)出了光的粒子性？答案大量光子在傳播過程中顯示出波動性，比如干涉和衍射當(dāng)光與物質(zhì)發(fā)生作用時，顯示出粒子性如光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)2光的波動性和粒子性矛盾嗎？答案不矛盾，光具有波粒二象性要點提煉1康普頓效應(yīng)X射線經(jīng)物質(zhì)散射后波長 的現(xiàn)象2光的波粒二象性(1)光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有 性， 效應(yīng)和 效應(yīng)說明光具
2、有粒子性(2)光子的能量 ，光子的動量p .(3)光子既有粒子的特征，又有波的特征；即光具有 二象性變長波動光電康普頓h波粒3對光的波粒二象性的理解(1)大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動性；個別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性(2)光子的能量與其對應(yīng)的頻率成正比，而頻率是描述波動性特征的物理量，因此h揭示了光的粒子性和波動性之間的密切聯(lián)系(3)頻率低、波長長的光，波動性特征顯著，而頻率高、波長短的光，粒子性特征顯著(4)光在傳播時體現(xiàn)出波動性，在與其他物質(zhì)相互作用時體現(xiàn)出粒子性光的粒子性和波動性組成一個有機的統(tǒng)一體4光是一種概率波光子和電子、質(zhì)子等實物粒子一樣，具有能量和動量和其他物質(zhì)相互作用時，粒子性
3、起主導(dǎo)作用；在光的傳播過程中，光子在空間各點出現(xiàn)的可能性的大小(概率)，由波動性起主導(dǎo)作用，因此稱光波為概率波二、德布羅意物質(zhì)波假說1任何運動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波與它相對應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波，又叫德布羅意波物質(zhì)波波長、頻率的計算公式為 ， .我們之所以看不到宏觀物體的波動性，是因為宏觀物體的動量太大，德布羅意波長太 的緣故小2德布羅意假說是光的波粒二象性的推廣，即光子和實物粒子都既具有粒子性又具有 ，即具有波粒二象性與光子對應(yīng)的波是 ，與實物粒子對應(yīng)的波是 波3物質(zhì)波的實驗驗證(1)1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了 衍射的實驗，從而證實了 的波動性(2)人
4、們陸續(xù)證實了質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動性，對于這些粒子，德布羅意給出的 和 關(guān)系同樣正確波動性電磁波物質(zhì)電子束電子三、不確定關(guān)系 問題設(shè)計在經(jīng)典物理學(xué)中，一個質(zhì)點的位置和動量是可以同時精確測定的，對于微觀粒子，它的位置和動量能同時被精確測定嗎？能用“軌跡”來描述粒子的運動嗎？試以光的衍射為例加以說明答案微觀粒子的位置和動量不能同時被精確測定在粒子的衍射現(xiàn)象中，設(shè)有粒子通過狹縫后落在屏上，狹縫寬度為a(用坐標(biāo)表示為x)，那么某個粒子通過狹縫時位于縫中的哪一點是不確定的，不確定的范圍為x；由于微觀粒子具有波動性，經(jīng)過狹縫后會發(fā)生衍射，有些粒子會偏離原來的運動方向跑到了投影位置以外的地方，這就意
5、味著粒子有了與原來運動方向垂直的動量(位于與原運動方向垂直的平面上)又由于粒子落在何處是隨機的，所以粒子在垂直于運動方向的動量具有不確定性，不確定量為px.根據(jù)xpx 知，如果x更小，則px更大，也就是不可能同時準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動量，因而也就不可能用“軌跡”來描述粒子的運動1微觀粒子運動的位置不確定量x和動量的不確定量px的關(guān)系式為 ，其中 h是 ，這個關(guān)系式叫不確定關(guān)系2不確定關(guān)系告訴我們，如果要更準(zhǔn)確地確定粒子的位置(即x更小)，那么動量的測量一定會 (即px更大)，也就是說，不可能同時準(zhǔn)確地知道粒子的 和 ，也不可能用“軌跡”來描述粒子的運動要點提煉xpx普朗克常量更不準(zhǔn)確位置動量
6、典例精析一、對光的波粒二象性的認識例1 對光的認識，以下說法中正確的是()A個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性B高頻光是粒子，低頻光是波C光表現(xiàn)出波動性時，就不具有粒子性了；光表現(xiàn)出粒子性時，就不再具有波動性了D光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場合下光的波動性表現(xiàn)得明顯，在另外某種場合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯解析個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性；光與物質(zhì)相互作用，表現(xiàn)為粒子性，光的傳播表現(xiàn)為波動性，光的波動性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性，頻率高的光粒子性強，頻率低的光波動性強，光的粒子性表現(xiàn)明顯時仍具有波動性，因為大量粒子的個別行為呈現(xiàn)出波動規(guī)律，故正確選項為
7、A、D.答案AD二、對物質(zhì)波的理解例2 下列關(guān)于德布羅意波的認識，正確的解釋是()A光波是一種物質(zhì)波BX光的衍射證實了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的C電子的衍射證實了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的D宏觀物體運動時，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀物體不具有波動性解析宏觀物體由于動量太大，德布羅意波長太小，所以看不到它的干涉、衍射現(xiàn)象，但仍具有波動性，D項錯；X光是波長極短的電磁波，是光子，它的衍射不能證實物質(zhì)波的存在，B項錯只有C項正確答案C三、對概率波的理解例3 物理學(xué)家做了一個有趣的實驗：在雙縫干涉實驗中，在光屏處放上照相底片，若減弱光的強度，使光子只能一個一個地通過狹縫，實驗結(jié)果表明，如果曝光時間不太長，
8、底片上只出現(xiàn)一些不規(guī)則的點子；如果曝光時間足夠長，底片上就出現(xiàn)了規(guī)則的干涉條紋，對這個實驗結(jié)果下列認識正確的是()A曝光時間不長時，光子的能量太小，底片上的條紋看不清楚，故出現(xiàn)不規(guī)則的點子B單個光子的運動表現(xiàn)出波動性C干涉條紋中明亮的部分是光子到達機會較多的地方D只有大量光子的行為才能表現(xiàn)出波動性解析光是一種概率波，對于一個光子通過單縫落在何處，是不確定的，但概率最大的是中央亮紋處，可達95%以上，還可能落到暗紋處，不過落在暗紋處的概率最小(注意暗紋處并非無光子到達)故C、D選項正確答案CD四、對不確定關(guān)系的應(yīng)用例4 設(shè)子彈的質(zhì)量為0.01 kg，槍口直徑為0.5 cm，試求子彈射出槍口時橫向
9、速度的不確定量解析槍口直徑可以當(dāng)作子彈射出槍口位置的不確定量x，由于pxmvx，由不確定關(guān)系公式得子彈射出槍口時橫向速度的不確定量答案1.061030 m/s課堂要點小結(jié)自我檢測1(光的波粒二象性)下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中，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光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著D大量光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性解析一切光都具有波粒二象性，光的有些行為(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動性，有些行為(如光電效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說有的光是波，有的光是粒子雖然光子與電子都是微觀粒子，都具有波粒二象性，但電子是實物粒子，有靜止質(zhì)量
10、，光子不是實物粒子，沒有靜止質(zhì)量，電子是以實物形式存在的物質(zhì)，光子是以場形式存在的物質(zhì)，所以，不能說光子與電子是同樣的一種粒子光的波粒二象性的理論和實驗表明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著；光的波長越短，其光子能量越大，個別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應(yīng)，所以其粒子性就很顯著故選項C正確，A、B、D錯誤答案C2(對物質(zhì)波的理解)利用金屬晶格(大小約1010 m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣，方法是使電子通過電場加速后，讓電子束照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣已知電子質(zhì)量為m，電荷量為e，初速度為0，加速電壓為U
11、，普郎克常量為h，則下列說法中正確的是()A該實驗說明了電子具有波動性B實驗中電子束的德布羅意波長為C加速電壓U越大，電子的衍射現(xiàn)象越明顯D若用相同動能的質(zhì)子替代電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯解析得到電子的衍射圖樣，說明電子具有波動性，A正確；由公式 可知，加速電壓越大，電子的波長越小，衍射現(xiàn)象越不明顯；用相同動能的質(zhì)子替代電子，質(zhì)子的波長小，其衍射現(xiàn)象不如電子的衍射現(xiàn)象明顯故C、D錯誤答案AB3(對概率波的理解)在單縫衍射實驗中，中央亮紋的光強占從單縫射入的整個光強的95%以上，假設(shè)現(xiàn)在只讓一個光子通過單縫，那么該光子()A一定落在中央亮紋處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解析根據(jù)光波是概率波的概念，對于一個光子通過單縫落在何處，是不確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處當(dāng)然也可落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，不過，落在暗紋處的概率很小，故C、D選項正確答案CD
四川省宜賓市一中高中物理 第四章 波粒二象性 4.3 光的波粒二象性 4.4 實物粒子的波粒二象性 4.5 不確定關(guān)系課件
