2018-2019高中物理 第17章 波粒二象性 17.3 粒子的波動性課件 新人教版選修3-5.ppt

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1、3粒子的波動性,【自主預(yù)習(xí)】1.光的本性:光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象表明光具有_性,光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)表明光具有_性,即光具有_性。,波動,粒子,波粒二象,2.光子的能量和動量:(1)能量:=_。(2)動量:p=。,h,(3)意義:能量和動量p是描述物質(zhì)的_性的重要物理量;波長和頻率是描述物質(zhì)的_性的典型物理量。因此=h和p=揭示了光的_性和_性之間的密切關(guān)系。,粒子,波動,粒子,波動,3.粒子的波動性:(1)德布羅意波:任何一個(gè)_的物體,都有一種波與它相對應(yīng),這種波叫_,也稱為德布羅意波。(2)物質(zhì)波的波長、頻率關(guān)系式:=,=。,運(yùn)動著,物質(zhì)波,(3)實(shí)驗(yàn)探究思路:_、_是波特有的現(xiàn)象,如果

2、實(shí)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。(4)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了_的實(shí)驗(yàn),得到了電子的_,證實(shí)了運(yùn)動著的電子具有_。,干涉,衍射,電子束衍射,衍射圖樣,波動性,【預(yù)習(xí)小測】1.(多選)下列現(xiàn)象中說明光具有波動性的是()A.光電效應(yīng)B.光的衍射C.光的干涉D.光的折射,【解析】選B、C。光的干涉和衍射現(xiàn)象,說明光是一種波,因?yàn)楦缮婧脱苌涫遣ㄌ赜械默F(xiàn)象,故B、C正確。,2.下列說法中正確的是()A.質(zhì)量大的物體,其德布羅意波長較短B.速度大的物體,其德布羅意波長較短C.動量大的物體,其德布羅意波長較短D.動能大的物體,其德布羅意波長較短,【解析

3、】選C。根據(jù)公式=可以判斷動量大的物體德布羅意波長較短,故C正確。,3.下列說法中正確的是()A.物質(zhì)波屬于機(jī)械波B.只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀粒子才具有波動性C.德布羅意認(rèn)為,任何一個(gè)運(yùn)動著的物體,小到電子、質(zhì)子,大到行星、太陽,都有一種波和它對應(yīng),這種波叫物質(zhì)波D.宏觀物體運(yùn)動時(shí),看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象,所以宏觀物體運(yùn)動時(shí)不具有波動性,【解析】選C。物質(zhì)波是一切運(yùn)動著的物體所具有的波,與機(jī)械波性質(zhì)不同,宏觀物體也具有波動性,只是干涉、衍射現(xiàn)象不明顯而已,故只有C對。,主題一光的波粒二象性【互動探究】1.波的兩個(gè)典型特性是什么?提示:波能發(fā)生干涉和衍射。,2.舉出光有波動性的兩個(gè)實(shí)例

4、。提示:(1)光的單縫衍射。(2)托馬斯楊的雙縫干涉。,3.光的波動性與機(jī)械波有何本質(zhì)區(qū)別?提示:光雖然具有波動性,但又具有粒子性,這與機(jī)械波有著本質(zhì)的不同,如傳播問題,光可以在真空中傳播,且速度比在介質(zhì)中大,而機(jī)械波只能借助介質(zhì)傳播,在真空中不能傳播。,4.什么現(xiàn)象能說明光具有粒子性?提示:光電效應(yīng)現(xiàn)象以及康普頓效應(yīng)現(xiàn)象均說明光具有粒子性。,5.描述光的性質(zhì)的基本關(guān)系式=h和p=中,光的波粒二象性是怎樣聯(lián)系在一起的?,提示:描述光的性質(zhì)的基本關(guān)系式=h和p=中能量和動量p是描述物質(zhì)的粒子性的重要物理量;頻率和波長是描述物質(zhì)波動性的典型物理量。兩式左側(cè)的物理量和p描述光的粒子性,右側(cè)的物理量和

5、描述光的波動性,它們通過普朗克常量h聯(lián)系在一起。,【探究總結(jié)】1.光的波粒二象性的比較:,2.光的粒子性和波動性的統(tǒng)一性:(1)光的粒子性并不否定光的波動性,光既具有波動性,又具有粒子性,波動性、粒子性都是光本身的一種屬性,只是在不同條件下的表現(xiàn)不同。,(2)光子的能量與其對應(yīng)的頻率成正比,而頻率是波動性特有的物理量,因此E=h,揭示了光的粒子性和波動性之間的密切聯(lián)系。光的粒子性和波動性組成一個(gè)有機(jī)的統(tǒng)一體,相互間并不獨(dú)立存在。,【典例示范】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

6、越顯著D.大量光子的行為往往顯示出粒子性,【解題指南】(1)在宏觀現(xiàn)象中,波與粒子是對立的概念,而在微觀世界中,波與粒子可以統(tǒng)一。(2)光具有波粒二象性是指光在傳播過程中和其他物質(zhì)作用時(shí)分別表現(xiàn)出波和粒子的特性。,【解析】選C。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(shí)物粒子,有靜止質(zhì)量,光子不是實(shí)物粒子,沒有靜止質(zhì)量,電子是以實(shí)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(shí)驗(yàn)表

7、明,大量光子的行為表現(xiàn)出波動性,個(gè)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(gè)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C正確,A、B、D錯(cuò)誤。,【探究訓(xùn)練】1.(多選)(2018威海高二檢測)人類對光的本性的認(rèn)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(xué)規(guī)律或歷史事實(shí)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(shí)驗(yàn)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】選B、C、D。牛頓的“微粒說”認(rèn)為光是一種物質(zhì)微粒,愛因斯坦的“光子說”認(rèn)為

8、光是一份一份不連續(xù)的能量,顯然選項(xiàng)A錯(cuò);干涉、衍射是波的特性,光能發(fā)生干涉說明光具有波動性,選項(xiàng)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,從而認(rèn)為光是一種電磁波,后來赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光的電磁說,選項(xiàng)C正確;光具有波動性與粒子性,稱為光的波粒二象性,選項(xiàng)D正確。,2.(多選)對光的認(rèn)識,以下說法中正確的是()A.個(gè)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(shí),就不具有粒子性了,光表現(xiàn)出粒子性時(shí),就不具有波動性了D.光的波粒二象性應(yīng)理解為在某種情景下光的波動性表現(xiàn)明

9、顯,在另外某種情景下,光的粒子性表現(xiàn)明顯,【解析】選A、B、D。個(gè)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?yàn)椴▌有员憩F(xiàn)為粒子分布概率,光的粒子性表現(xiàn)明顯時(shí)仍具有波動性,因?yàn)榇罅苛Ｗ拥膫€(gè)別行為呈現(xiàn)出波動規(guī)律,故正確選項(xiàng)有A、B、D。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】關(guān)于光的本性,下列說法中正確的是()A.光子說并沒有否定光的電磁說B.光電效應(yīng)現(xiàn)象反映了光的粒子性C.光的波粒二象性是綜合了牛頓的微粒說和惠更斯的波動說提出來的D.大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性,個(gè)別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動性,【解析】選A。

10、光既有粒子性,又有波動性,但這兩種特性并不是牛頓所支持的微粒說和惠更斯提出的波動說,它體現(xiàn)出的規(guī)律不再是宏觀粒子和機(jī)械波所表現(xiàn)出的規(guī)律,而是自身體現(xiàn)的一種微觀世界特有的規(guī)律。光子說和電磁說各自能解釋光特有的現(xiàn)象,兩者構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體,而微粒說和波動說是相互對立的。,【通法悟道】分析光具有波粒二象性問題的兩個(gè)依據(jù)(1)分析光具有波動性問題的依據(jù)是波的特性:波的干涉、衍射及偏振等。(2)分析光具有粒子性問題的依據(jù)是光電效應(yīng)現(xiàn)象及康普頓效應(yīng)。,主題二粒子的波動性物質(zhì)波【互動探究】如圖是電子束通過鋁箔后的衍射圖樣,結(jié)合圖樣及課本內(nèi)容回答下列問題:,(1)德布羅意提出“實(shí)物粒子也具有波動性”假設(shè)的理論

11、基礎(chǔ)是什么?提示:普朗克能量子假說和愛因斯坦光子理論。(2)電子束穿過鋁箔的衍射圖樣說明了什么?提示:電子束具有波動性。,(3)德布羅意波長與動量的關(guān)系是怎樣的?提示:如果用動量p來表征實(shí)物粒子的粒子性,用波長來表征實(shí)物粒子的波動性。那么,對光適用的關(guān)系式也適用于實(shí)物粒子,即:=,這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波后來稱為德布羅意波,也叫作物質(zhì)波。其中是德布羅意波長,h是普朗克常量,p是相應(yīng)的實(shí)物粒子的動量。,(4)德布羅意認(rèn)為任何運(yùn)動著的物體均有波動性,可是我們觀察運(yùn)動著的汽車,并未感覺到它的波動性。你如何理解該問題,談?wù)勛约旱恼J(rèn)識。,提示:波粒二象性是微觀粒子的特殊規(guī)律,一切微觀粒子都存在波動性,宏

12、觀物體(汽車)也存在波動性,只是因?yàn)楹暧^物體質(zhì)量大,動量大,波長短,難以觀測,而微觀粒子如電子、質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動性為宏觀物體具有波動性奠定了事實(shí)基礎(chǔ)。,【探究總結(jié)】(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?yàn)楹暧^物體對應(yīng)的波長太小。(2)物質(zhì)波是一種概率波,粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受波動規(guī)律支配,不能以宏觀觀點(diǎn)中的波來理解德布羅意波。,(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(shí)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(shí)物粒子對應(yīng)的波是物質(zhì)波。,【典例示范】(2

13、018莆田高二檢測)任何一個(gè)運(yùn)動著的物體,小到電子、質(zhì)子,大到行星、太陽,都有一種波與之對應(yīng),波長是=,式中p是運(yùn)動物體的動量,h是普朗克常量,人們把這種波叫作德布羅意波?，F(xiàn)有一個(gè)德布羅意波長為1的物體1和一個(gè)德布羅意波長為2的物體2,二者相向碰撞后粘在一起,已知|p1|p2|,則粘在一起的物體的德布羅意波長為多少?,【解題指南】解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn):(1)物體1和物體2碰撞過程滿足動量守恒。(2)德布羅意波長與物體的動量p、普朗克常量h之間的關(guān)系是=。,【解析】由動量守恒定律p2-p1=(m1+m2)v及p=,得,所以=。答案:,【探究訓(xùn)練】1.(多選)(2018金華高二檢測)頻率為的光子

14、,德布羅意波長為=,能量為E,則光的速度為(),【解析】選A、C。根據(jù)c=,E=h,=,即可解得光的速度為或。,2.(多選)關(guān)于物質(zhì)波,下列認(rèn)識中正確的是()A.任何運(yùn)動的物體(質(zhì)點(diǎn))都伴隨一種波,這種波叫物質(zhì)波B.X射線的衍射實(shí)驗(yàn),證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的C.電子的衍射實(shí)驗(yàn),證實(shí)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,【解析】選A、C。據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論知,任何一個(gè)運(yùn)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,A選項(xiàng)是正確的;由于X射線本身就是一種波,而不是實(shí)物粒子,故X射線的衍射現(xiàn)象并不能證實(shí)物質(zhì)波理論

15、的正確性,即B選項(xiàng)錯(cuò)誤;電子是一種實(shí)物粒子,電子的衍射現(xiàn)象表明,運(yùn)動著的實(shí)物粒子具有波動性,故C選項(xiàng)是正確的;由電子穿過鋁箔的衍射實(shí)驗(yàn)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(xiàng)D錯(cuò)誤。,【補(bǔ)償訓(xùn)練】(多選)根據(jù)物質(zhì)波理論,以下說法中正確的是()A.微觀粒子有波動性,宏觀物體沒有波動性B.宏觀物體和微觀粒子都具有波動性C.宏觀物體的波動性不易被人觀察到是因?yàn)樗牟ㄩL太長D.速度相同的質(zhì)子和電子相比,電子的波動性更為明顯,【解析】選B、D。一切運(yùn)動的物體都有一種物質(zhì)波與它對應(yīng),所以宏觀物體和微觀粒子都具有波動性,A選項(xiàng)錯(cuò)誤,B選項(xiàng)正確。宏觀物體的物質(zhì)波波長很短,不易觀察到它的波動性,所以C選項(xiàng)錯(cuò)誤。速度相同的質(zhì)子與電子相比,電子質(zhì)量小,物質(zhì)波波長更長,所以電子波動性更明顯,所以D選項(xiàng)正確。,【通法悟道】分析物質(zhì)波的關(guān)鍵物質(zhì)一方面有粒子性,另一方面又具有波動性,粒子性和波動性形成了完美的整體,其中把物質(zhì)的粒子性和波動性聯(lián)系到一起的是普朗克常量h,所以物質(zhì)波分析的關(guān)鍵是該常量h。,【課堂小結(jié)】,