浙江專版高中物理第十七章波粒二象性第3節(jié)粒子的波動(dòng)性學(xué)案新人教版

1、11浙江專版高中物理第十七章波粒二象性第3節(jié)粒子的波動(dòng)性學(xué)案新人教版選修35第3節(jié)粒子的波動(dòng)性iUi突破教材新知由星汕到量您I由活學(xué)到活用新知TT市破光的波粒二象性探新知基礎(chǔ)練1 .光的波粒二象性光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。2 .光子的能量和動(dòng)量(1)能量：£=hVo一口h(2)動(dòng)重：p=o人(3)意義：能量£和動(dòng)量p是描述物質(zhì)的粒子性的重要物理量;波長(zhǎng)入和頻率V是描h述物質(zhì)的波動(dòng)性的典型物理量。因此£=hv和p=丁揭布了光的粒子性和波動(dòng)性之間的密切關(guān)系，普朗克常量h架起了粒子性與波動(dòng)性之間的橋梁。辨是非(對(duì)的劃“，”，錯(cuò)的劃“X”)1 .光

2、既具有粒子性，又具有波動(dòng)性。(V)2 .光的干涉說(shuō)明光具有波動(dòng)性，光的多普勒效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性。(V)釋疑難對(duì)點(diǎn)練對(duì)光的波粒二象性的理解實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)表現(xiàn)說(shuō)明光的波動(dòng)性干涉和衍射(1)光是一種概率波，即光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小(概率)可用波動(dòng)規(guī)律來(lái)描述(2)能量強(qiáng)的光在傳播時(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì)(1)光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，不是光子之間相互作用產(chǎn)生的(2)光的波動(dòng)性/、同于宏觀觀念的波光的粒子性光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)(1)當(dāng)光向物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，這種作用是“一份一份”進(jìn)行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)(2)少量或個(gè)別光子容易顯示出光的粒子性粒子的含義是“不連續(xù)”、“一份一份”的(2)光子不同于宏觀觀念

3、的粒子特別提醒(1)光既表現(xiàn)出波動(dòng)性又表現(xiàn)出粒子性，要從微觀的角度建立光的行為圖案，認(rèn)識(shí)光的波粒二象性。(2)大量光子易顯示波動(dòng)性，而少量光子易顯示出粒子性；波長(zhǎng)長(zhǎng)(頻率低)的光波動(dòng)性強(qiáng)，而波長(zhǎng)短(頻率高)的光粒子性強(qiáng)。(3)要明確光的波動(dòng)性和粒子性在不同現(xiàn)象中的分析方法。試身手1.(多選)對(duì)光的認(rèn)識(shí)，以下說(shuō)法中正確的是()A.個(gè)別光子的行為易表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為易表現(xiàn)為波動(dòng)性B.光的波動(dòng)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(dòng)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(dòng)性了D.光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場(chǎng)合下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯，在另外某種場(chǎng)合

4、下，光的粒子性表現(xiàn)明顯解析：選ABD個(gè)別光子的行為易表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為易表現(xiàn)為波動(dòng)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(dòng)性，光的波動(dòng)性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性，故A、B、D正確。知識(shí)點(diǎn)二探新知基礎(chǔ)練1 .粒子的波動(dòng)性(1)德布羅意波：每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系,這種與實(shí)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(zhǎng)、頻率關(guān)系式：波長(zhǎng)：入="；頻率：v=T"°Ph2 .物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(1)實(shí)驗(yàn)探究思路：干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象，如果實(shí)物粒子具有波動(dòng)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：1

5、927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射實(shí)驗(yàn),得到了電子的衍射圖樣,證實(shí)了電子的波動(dòng)性。(3)說(shuō)明：人們陸續(xù)證實(shí)了質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動(dòng)性，對(duì)于這些粒子，德布羅意給出.-h,的v=丁和入=關(guān)系同樣正確；hP宏觀物體的質(zhì)量比微觀粒子的質(zhì)量大得多，運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)量很大,對(duì)應(yīng)的德布羅意波的波長(zhǎng)很小,根本無(wú)法觀察到它的波動(dòng)性。辨是非(對(duì)的劃“，”，錯(cuò)的劃“x”)1. 一切運(yùn)動(dòng)著的物體都具有波動(dòng)性。(V)2.行星、太陽(yáng)等運(yùn)動(dòng)的物體不具有波動(dòng)性。(X)釋疑難對(duì)點(diǎn)練(1)任何物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)都存在波動(dòng)性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動(dòng)性，是因?yàn)楹暧^物體對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)太小的緣故。

6、(2)德布羅意波是一種概率波，粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受波動(dòng)規(guī)律支配，不能以宏觀觀念中的波來(lái)理解德布羅意波。(3)德布羅意假說(shuō)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(dòng)性，與光子對(duì)應(yīng)的波是電磁波，與實(shí)物粒子對(duì)應(yīng)的波是物質(zhì)波。特別提醒1 1)一切運(yùn)動(dòng)著的物體都具有波動(dòng)性，宏觀物體觀察不到其波動(dòng)性并不否定其波動(dòng)性。(2)要注意大量光子、個(gè)別光子、宏觀物體、微觀粒子、概率波等相關(guān)概念的區(qū)別。試身手2 .下列說(shuō)法中正確的是()A.質(zhì)量大的物體，其德布羅意波長(zhǎng)短B.速度大的物體，其德布羅意波長(zhǎng)短C.動(dòng)量大的物體，其德布羅意波長(zhǎng)短D.動(dòng)能大的物體，其

7、德布羅意波長(zhǎng)短.h.解析：選C由入=-可知，物體的德布羅意波長(zhǎng)與其動(dòng)量成反比，C正確。P鎖定命題熱點(diǎn)研專題知學(xué)情知規(guī)律驥技巧 知能步步升級(jí)考向一光的波粒二象性光同時(shí)具有波動(dòng)性和粒子性，只是在不同的條件下，其中一個(gè)性質(zhì)表現(xiàn)比較明顯，另個(gè)不明顯。康普頓效應(yīng)和光子說(shuō)光的干涉、衍射、偏振有力地說(shuō)明了光具有波動(dòng)性，而光電效應(yīng)、表明，光還具有粒子性，即光具有波粒二象性。典例1下列有關(guān)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.光子與電子是同一種粒子D.大量光子的行為往往顯示出粒子性C.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)越短，其粒子性越顯著思路點(diǎn)撥光具有波粒二象性，而電子是一種實(shí)物粒

8、子，光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性越顯著，波長(zhǎng)越短，粒子性越顯著。個(gè)別光子易顯示粒子性，大量光子易顯示波動(dòng)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(dòng)性,有些行為（如光電效應(yīng)）表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說(shuō)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(méi)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(chǎng)形式存在的物質(zhì)，所以,不能說(shuō)光子與電子是同一種粒子。光的波粒二象性的理論和實(shí)驗(yàn)表明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性。光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射性越好，即波動(dòng)性越顯著,光的波長(zhǎng)越短，其光子能量

9、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),以其粒子性就越顯著，故選項(xiàng)C正確，ABD錯(cuò)誤?？枷蚨?hp mv物質(zhì)波實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，這種波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波。物質(zhì)波波長(zhǎng),公式中入為德布羅意波波長(zhǎng)，h為普朗克常量，p為粒子動(dòng)量。對(duì)物理原理公式的P理解關(guān)鍵在于對(duì)各物理量意義的理解。典例2電子經(jīng)電勢(shì)差為U=200V的電場(chǎng)加速，電子質(zhì)量m=0.91X1030kg,求此電子的德布羅意波長(zhǎng)。解析已知2m0v2=R=eUh11.23入=1t-f-nm2m0R：2emU2em0'U/UU=200V,則1.231.23入=-rm nm = j,U ,200nm8.63 x 10

10、2 nm。答案8.63X102nm庭應(yīng)用落實(shí)體驗(yàn)課下院合填課堂對(duì)點(diǎn)鞏固1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，這是相互矛盾和對(duì)立的B.光的波動(dòng)性類似于機(jī)械波，光的粒子性類似于質(zhì)點(diǎn)C.光不具有波動(dòng)性D.由于光既有波動(dòng)性，又有粒子性，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：選D19世紀(jì)初，人們成功地在實(shí)驗(yàn)中觀察到了光的干涉和衍射現(xiàn)象，這屬于波的特征，微粒說(shuō)無(wú)法解釋。證實(shí)了光具有波動(dòng)性。但到了19世紀(jì)末又發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)現(xiàn)象，這種現(xiàn)象波動(dòng)說(shuō)無(wú)法解釋，證實(shí)了光具有粒子性。波動(dòng)性和粒子性是光在不同的情況下的不同表現(xiàn)，無(wú)法用其中的一種去說(shuō)明光的一切行為

11、，只能認(rèn)為光具有波粒二象性，所以選項(xiàng)D正確。2 (多選)關(guān)于物質(zhì)波，下列認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤的是()A.任何運(yùn)動(dòng)的物體都伴隨著一種波，這種波叫做物質(zhì)波8 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.宏觀物體盡管具有波動(dòng)性，但它們不具有干涉、衍射等現(xiàn)象解析：選BD據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論知，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)，都有一種波與之相對(duì)應(yīng)，這種波就叫物質(zhì)波，可見(jiàn)，A選項(xiàng)正確；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(dòng)著的實(shí)物粒子具有波動(dòng)性，

12、故C選項(xiàng)正確；由電子穿過(guò)鋁箔的衍射實(shí)驗(yàn)知，少量電子穿過(guò)鋁箔后所落的位置是散亂的、無(wú)規(guī)律的，但大量電子穿過(guò)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(dòng)性，干涉、衍射是波的特有現(xiàn)象，只要是波，都會(huì)發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。3 (多選)下列說(shuō)法中正確的是()A.光的干涉和衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性B.光的頻率越大，波長(zhǎng)越長(zhǎng)C.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，光子的能量越大D.光在真空中的傳播速度為3.0X108m/s解析：選AD光既具有波動(dòng)性又具有粒子性，A對(duì)；由c=入丫知B錯(cuò)；由愛(ài)因斯坦光子理論£=hv,c=Xv,知波長(zhǎng)越長(zhǎng)，光頻率越小，光子能量越小，C錯(cuò)；任何光在真空中傳播速度

13、均為3.0X108m/s,D對(duì)。4如果一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)量為10g的子彈都以103m/s的速度運(yùn)動(dòng)，則它們的德布羅意波的波長(zhǎng)分別是多少？(中子的質(zhì)量為1.67X1027kg)解析：中子的動(dòng)量為pi=miv。子彈的動(dòng)量為p2=mw。hhh由公式入=-知，中子和子彈的德布羅息波長(zhǎng)分力1J為入中=和入子=一。PPlP2因此可得到入中=上;，入子=£；,代入數(shù)據(jù)得：mivm2v入中=4.0X1010m；入子=6.63X1035m。答案：4.0X1010m6.63X1035m課堂小結(jié)課時(shí)跟蹤檢測(cè)七E Z T九的本性、予的被確槌子動(dòng)的粕波II隼了與件析祀wt力波動(dòng)性.乂行物產(chǎn)性 光的朧粒;短件、單

14、項(xiàng)選擇題1.如圖所示，當(dāng)弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，同時(shí)與鋅板相連的驗(yàn)電器鋁箔有張角，則該實(shí)驗(yàn)（）A.只能證明光具有波動(dòng)性B.只能證明光具有粒子性C.只能證明光能夠發(fā)生衍射D.證明光具有波粒二象性解析：選D弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，這是光的衍射，證明了光具有波動(dòng)性，驗(yàn)電器鋁箔有張角，說(shuō)明鋅板發(fā)生了光電效應(yīng)，則證明了光具有粒子性，所以該實(shí)驗(yàn)證明了光具有波粒二象性，D正確。2 .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(ài)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

15、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)解析：選C光的波動(dòng)性指大量光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大小可以用波動(dòng)規(guī)律來(lái)描述，不是惠更斯的波動(dòng)說(shuō)中宏觀意義下的機(jī)械波，光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一個(gè)光子，不是牛頓微粒說(shuō)中的經(jīng)典微粒。某現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性，是指波動(dòng)理論能解釋這一現(xiàn)象。某現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性，是指能用粒子說(shuō)解釋這個(gè)現(xiàn)象。要區(qū)分說(shuō)法和物理史實(shí)與波粒二象性之間的關(guān)系。C正確，A、日D錯(cuò)誤。3 .關(guān)于德布羅意波，下列說(shuō)法正確的是（）

16、A.所有物體不論其是否運(yùn)動(dòng)，都有對(duì)應(yīng)的德布羅意波B.任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這就是德布羅意波C.運(yùn)動(dòng)著的電場(chǎng)、磁場(chǎng)沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的德布羅意波D.只有運(yùn)動(dòng)著的微觀粒子才有德布羅意波，對(duì)于宏觀物體，不論其是否運(yùn)動(dòng)，都沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的德布羅意波解析：選B任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，都有一種波與它對(duì)應(yīng)，即物質(zhì)波，物質(zhì)有兩類:4.質(zhì)量為m的粒子原來(lái)的速度為實(shí)物和場(chǎng)，所以B正確。v,現(xiàn)將粒子的速度增大為2v,則該粒子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)將（粒子的質(zhì)量保持不變）（）A.保持不變B,變?yōu)樵瓉?lái)波長(zhǎng)的兩倍C.變?yōu)樵瓉?lái)波長(zhǎng)的一半D,變?yōu)樵瓉?lái)波長(zhǎng)的小倍解析：選C由題知，粒子速度為h h1v時(shí)，入1=mv粒子速度為2V時(shí)，

17、入2=2=2入1。可知C正確，A、B、D錯(cuò)誤。5. 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)家小柴昌俊發(fā)現(xiàn)了宇宙X射線源。X射線是種高頻電磁波， 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,E和p分別表示X射線每個(gè)光子的能量和動(dòng)量， 則（）A. E=、p = 0cB.，p=hc2hcC E= , p=0人D.hcE=rhp=T解析：選D根據(jù)E= h 丫c=入v可得X射線每個(gè)光子的能量為E= hc,人每個(gè)光子的動(dòng)量為p>=-,D正確。6 .在中子衍射技術(shù)中，常利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)

18、量rn=1.67X1027kg,普朗克常量h=6.63xi034J-s,可以估算德布羅意波長(zhǎng)X=1.82X1010m的熱中子動(dòng)能的數(shù)量級(jí)為（）A.1017JB.1019JC.1021JD.1024J解析：選C根據(jù)德布羅意波長(zhǎng)公式X=h/p知熱中子動(dòng)量p=h/入，由p2=2mE可得熱中子的動(dòng)能Ek=h2/2m入2,代入數(shù)據(jù)，有&=3.97x1021J,數(shù)量級(jí)為10-21J,故選C項(xiàng)。二、多項(xiàng)選擇題7 .關(guān)于波的波粒二象性，正確的說(shuō)法是（）A.光的頻率越高，光子的能量越大，粒子性越顯著8 .光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，光的能量越小，波動(dòng)性越顯著C.頻率高的光子不具有波動(dòng)性，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光子不具有粒子性D.

19、個(gè)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(dòng)性解析：選ABD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(zhǎng)越短，粒子性越強(qiáng)，反之波動(dòng)性明顯，個(gè)別光子易顯示粒子性，大量光子易顯示波動(dòng)性，故A、BD正確。8 .利用金屬晶格（大小約10Tom淮為障礙物觀察電子的衍射圖樣，方法是讓電子通過(guò)電場(chǎng)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,普朗克常量為h,則下列說(shuō)法中正確的是（）A.該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了電子具有波動(dòng)性hB.頭驗(yàn)中電子束的德布羅息波波長(zhǎng)為入=j2meUC.加速電壓U越大，電子的衍射現(xiàn)象越明顯D.若用相同動(dòng)能的質(zhì)子替代電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯解析：選AB得到電子的衍射圖樣，說(shuō)明電子具有波動(dòng)性，A正確；由德布羅意波波長(zhǎng)hhh公式入=p，而動(dòng)重p=q2mE=，2meU兩式聯(lián)立得入=小飛B正確；從公式X=2=U可知，加速電壓越大，電子的波長(zhǎng)越小，衍射現(xiàn)象就越不明顯，C錯(cuò)誤；用相同動(dòng)能的質(zhì)子替代電子，質(zhì)子的波長(zhǎng)較小，衍射現(xiàn)象相比電子不明顯，故D錯(cuò)誤。三、