2019-2020學年高中物理 第十七章 波粒二象性 3 粒子的波動性課件 新人教版選修3-5.ppt

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3粒子的波動性 一 光的波粒二象性1 光的波粒二象性光既具有波動性 又具有粒子性 即光具有波粒二象性 2 光子的能量和動量 1 能量 h 3 意義 能量 和動量p是描述物質(zhì)的粒子性的重要物理量 波長 和頻率 是描述物質(zhì)的波動性的典型物理量 因此 h 和p 揭示了光的粒子性和波動性之間的密切關(guān)系 普朗克常量h架起了粒子性與波動性之間的橋梁 二 粒子的波動性及實驗驗證1 粒子的波動性 1 德布羅意波 每一個運動的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系 這種與實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波 也叫物質(zhì)波 2 物質(zhì)波的波長 頻率關(guān)系式 2 物質(zhì)波的實驗驗證 1 實驗探究思路 干涉 衍射是波特有的現(xiàn)象 如果實物粒子具有波動性 則在一定條件下 也應(yīng)該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象 2 實驗驗證 1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射實驗 得到了電子的衍射圖樣 證實了電子的波動性 3 說明 人們陸續(xù)證實了質(zhì)子 中子以及原子 分子的波動性 對于這 宏觀物體的質(zhì)量比微觀粒子的質(zhì)量大得多 運動時的動量很大 對應(yīng)的德布羅意波的波長很小 根本無法觀察到它的波動性 自我檢測1 思考辨析 1 大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動性 個別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性 解析 光的波粒二象性指光有時候表現(xiàn)出的粒子性較明顯 有時候表現(xiàn)出的波動性較明顯 大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動性 個別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性 答案 2 光在傳播時是波 而與物質(zhì)相互作用時就轉(zhuǎn)變成粒子 解析 光在傳播時波動性顯著 光與物質(zhì)相互作用時粒子性顯著 答案 3 牛頓的 微粒說 與愛因斯坦的 光子說 本質(zhì)上是一樣的 解析 牛頓的 微粒說 認為光是一種物質(zhì)微粒 愛因斯坦的 光子說 認為光是一份一份不連續(xù)的能量 答案 4 德布羅意認為實數(shù)粒子也具有波動性 答案 5 向前飛行的子彈具有波動性 答案 讀一讀 思一思 辨一辨 議一議 2 探究討論 光的波動性和粒子性是相互矛盾的 無法統(tǒng)一 這種說法正確嗎 答案 光波在少量的情況下體現(xiàn)粒子性 大量的情況下體現(xiàn)波動性 這說明光的波動性和粒子性不是孤立的 而是有機的統(tǒng)一體 探究一 探究二 光的波粒二象性問題探究曾有一位記者向物理學家諾貝爾獎獲得者布拉格請教 光是波還是粒子 布拉格幽默地答道 星期一 三 五它是一個波 星期二 四 六它是一個粒子 星期天物理學家休息 那么光的本性到底是什么呢 你是如何理解的 要點提示 光具有波粒二象性 光既不同于宏觀觀念的粒子 也不同于宏觀觀念的波 但光既具有粒子性又具有波動性 粒子性和波動性都是光本身的屬性 探究一 探究二 知識歸納1 對光的本性認識史人類對光的認識經(jīng)歷了漫長的歷程 從牛頓的光的微粒說到托馬斯 楊和菲涅耳的波動說 從麥克斯韋的光的電磁說到愛因斯坦的光子說 直到20世紀初 對于光的本性的認識才提升到一個更高層次 即光具有波粒二象性 對于光的本性認識史 列表如下 探究一 探究二 2 對光的波粒二象性的理解 探究一 探究二 大量光子表現(xiàn)出波動性 個別光子表現(xiàn)出粒子性 光具有波粒二象性 探究一 探究二 例題1 有關(guān)光的本性 下列說法正確的是 A 光既具有波動性 又具有粒子性 兩種性質(zhì)是不相容的B 光的波動性類似于機械波 光的粒子性類似于質(zhì)點C 大量光子才具有波動性 個別光子只具有粒子性D 由于光既具有波動性 又具有粒子性 無法只用其中一種去說明光的一切行為 只能認為光具有波粒二象性解析 光既具有波動性 又具有粒子性 但它又不同于宏觀觀念中的機械波和粒子 波動性和粒子性是光在不同情況下的不同表現(xiàn) 是同一客體的兩個不同側(cè)面 不同屬性 我們無法用其中的一種去說明光的一切行為 只能認為光具有波粒二象性 只有選項D正確 答案 D 探究一 探究二 規(guī)律總結(jié)光子是能量為h 的微粒 表現(xiàn)出粒子性 而光子的能量與頻率 有關(guān) 體現(xiàn)了波動性 所以光子是統(tǒng)一了波粒二象性的微粒 但是它在不同條件下的表現(xiàn)不同 大量光子表現(xiàn)出波動性 個別光子表現(xiàn)出粒子性 光在傳播時表現(xiàn)出波動性 光和其他物質(zhì)相互作用時表現(xiàn)出粒子性 頻率低的光波動性更強 頻率高的光粒子性更強 探究一 探究二 變式訓練1 多選 對光的認識 下列說法中正確的是 A 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B 光的波動性是光子本身的一種屬性 不是光子之間的相互作用引起的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)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 因為波動性表現(xiàn)為粒子分布概率 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 故正確選項有A B D 答案 ABD 探究一 探究二 粒子的波動性問題探究根據(jù)測算 羽毛球離拍時的最大速度可達到288km h 羽毛球的質(zhì)量為5 0g 試求其德布羅意波長 我們能觀察到羽毛球的波動性嗎 探究一 探究二 知識歸納1 任何物體 小到電子 質(zhì)子 大到行星 太陽都存在波動性 我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性 是因為宏觀物體對應(yīng)的波長太小的緣故 3 德布羅意假說是光子的波粒二象性的一種推廣 使之包括了所有的物質(zhì)粒子 即光子與實物粒子都具有粒子性 又都具有波動性 與光子對應(yīng)的波是電磁波 與實物粒子對應(yīng)的波是物質(zhì)波 一般宏觀物體物質(zhì)波的波長很短 波動性很不明顯 難以觀察到其衍射現(xiàn)象 如只有利用金屬晶格中的狹縫才能觀察到電子的衍射圖樣 探究一 探究二 典例剖析 例題2 下列關(guān)于德布羅意波的認識正確的是 A 任何一個物體都有一種波和它對應(yīng) 這就是物質(zhì)波B X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 思考問題 為什么宏觀物體運動時 其波動性不明顯 提示 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 但具有波動性 探究一 探究二 解析 運動的物體才具有波動性 A項錯 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 規(guī)律總結(jié)對德布羅意波的理解實物粒子也具有波動性 這種波稱之為物質(zhì)波 也叫德布羅意波 動量 對物理原理公式的理解關(guān)鍵在于對各物理量意義的理解 探究一 探究二 變式訓練2如果一個中子和一個質(zhì)量為10g的子彈都以103m s的速度運動 則它們的德布羅意波的波長分別是多大 中子的質(zhì)量為1 67 10 27kg 普朗克常量為6 63 10 34J s 解析 中子的動量為p1 m1v子彈的動量為p2 m2v 將m1 1 67 10 27kg v 103m sh 6 63 10 34J s m2 1 0 10 2kg代入上面兩式可解得 1 4 0 10 10m 2 6 63 10 35m答案 4 0 10 10m6 63 10 35m 1 2 3 4 1 多選 人類對光的本性的認識經(jīng)歷了曲折的過程 下列關(guān)于光的本性的陳述符合科學規(guī)律或歷史事實的是 A 牛頓的 微粒說 與愛因斯坦的 光子說 本質(zhì)上是一樣的B 光的雙縫干涉實驗顯示了光具有波動性C 麥克斯韋預(yù)言了光是一種電磁波D 光具有波粒二象性解析 牛頓的 微粒說 認為光是一種物質(zhì)微粒 愛因斯坦的 光子說 認為光是一份一份不連續(xù)的能量 A錯 干涉是波的特性 光能發(fā)生干涉說明光具有波動性 B正確 麥克斯韋根據(jù)光的傳播不需要介質(zhì) 以及電磁波在真空中的傳播速度與光速近似相等 從而推斷出光是一種電磁波 后來赫茲用實驗證實了光是一種電磁波 C正確 光具有波動性與粒子性 稱為光的波粒二象性 D正確 答案 BCD 1 2 3 4 2 多選 關(guān)于光的波粒二象性 下列正確的說法是 A 光的頻率越高 光子的能量越大 粒子性越顯著B 光的波長越長 光的能量越小 波動性越顯著C 頻率高的光子不具有波動性 波長較長的光子不具有粒子性D 個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示粒子性 大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示波動性解析 光具有波粒二象性 但在不同情況下表現(xiàn)不同 頻率越高 波長越短 粒子性越強 反之波動性明顯 個別光子易顯示粒子性 大量光子顯示波動性 故選項A B D正確 答案 ABD 1 2 3 4 3 多選 關(guān)于物質(zhì)波 下列說法錯誤的是 A 任何運動的物體 質(zhì)點 都伴隨一種波 這種波叫物質(zhì)波B X射線的衍射實驗 證實了物質(zhì)波假設(shè)是正確的C 電子的衍射實驗 證實了物質(zhì)波假設(shè)是正確的D 宏觀物體盡管可以看作物質(zhì)波 但它們不具有干涉 衍射等現(xiàn)象 1 2 3 4 解析 據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論知 任何一個運動的物體 小到電子 質(zhì)子 大到行星 太陽 都有一種波與之相對應(yīng) 這種波就叫物質(zhì)波 可見 選項A正確 由于X射線本身就是一種波 而不是實物粒子 故X射線的衍射現(xiàn)象 并不能證實物質(zhì)波理論的正確性 即選項B錯誤 電子是一種實物粒子 電子的衍射現(xiàn)象表明運動著的實物粒子具有波動性 故選項C正確 由電子穿過鋁箔的衍射實驗知 少量電子穿過鋁箔后所落位置是散亂的 無規(guī)律的 但大量電子穿過鋁箔后落的位置則呈現(xiàn)出衍射圖樣 即大量電子的行為表現(xiàn)出電子的波動性 干涉 衍射是波的特有現(xiàn)象 只要是波 都會發(fā)生干涉 衍射現(xiàn)象 故選項D錯誤 答案 BD 1 2 3 4 4 下列說法正確的是 A 光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動性 光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性 所以我們可以說光具有波粒二象性B 一個電子和一個質(zhì)子具有相同的動能時 因為電子的質(zhì)量比質(zhì)子的小 所以電子的動量就小C 一個電子和一個質(zhì)子具有相同的動能時 電子的德布羅意波長比質(zhì)子的小D 一個電子和一個質(zhì)子具有相同的動能時 電子的德布羅意波長比質(zhì)子的大 1 2 3 4 解析 光既具有波動性 又具有粒子性 說明了光具有波粒二象性 選項A正確 一個電子和一個質(zhì)子具有相同的動能時 動量和動能的關(guān) 子的德布羅意波長大 選項C錯誤 選項D正確 答案 ABD