高三物理一輪復(fù)習(xí)課件【知識(shí)導(dǎo)圖+拓展訓(xùn)練】粒子的波動(dòng)性

粒子的波動(dòng)性高三物理一輪復(fù)習(xí)光學(xué)發(fā)展史1672牛頓微粒說(shuō)T/年惠更斯波動(dòng)說(shuō)1690麥克斯韋電磁說(shuō)18641905愛(ài)因斯坦光子說(shuō)光的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)描述的物理量波動(dòng)性粒子性波動(dòng)性粒子性光的干涉光的衍射光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)ν、λ密立根光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)光學(xué)發(fā)展史1672牛頓微粒說(shuō)T/年惠更斯波動(dòng)說(shuō)1690麥克斯韋電磁說(shuō)18641905愛(ài)因斯坦光子說(shuō)波動(dòng)性粒子性1801托馬斯·楊雙縫干涉實(shí)驗(yàn)1814菲涅耳衍射實(shí)驗(yàn)赫茲電磁波實(shí)驗(yàn)1888赫茲發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)19161922康普頓效應(yīng)牛頓微粒說(shuō)占主導(dǎo)地位波動(dòng)說(shuō)漸成真理1672牛頓微粒說(shuō)T/年惠更斯波動(dòng)說(shuō)1690麥克斯韋電磁說(shuō)18641905愛(ài)因斯坦光子說(shuō)波動(dòng)性粒子性1909愛(ài)因斯坦光的波粒二象性光既具有粒子性，又具有波動(dòng)性。光學(xué)發(fā)展史粒子性波動(dòng)性（具有能量）（具有頻率）（具有動(dòng)量）hh架起了粒子性與波動(dòng)性之間的橋梁一.光的波粒二象性（具有波長(zhǎng)）(1)在以上實(shí)驗(yàn)中哪些體現(xiàn)了光的波動(dòng)性？哪些體現(xiàn)了光的粒子性？單縫衍射、雙縫干涉、薄膜干涉體現(xiàn)了光的波動(dòng)性.光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)體現(xiàn)了光的粒子性.(2)光的波動(dòng)性和光的粒子性是否矛盾？不矛盾.大量光子在傳播過(guò)程中顯示出波動(dòng)性，比如干涉和衍射.當(dāng)光與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，顯示出粒子性，如光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng).光具有波粒二象性.[知識(shí)深化]1.大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動(dòng)性；個(gè)別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性.2.光子和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子一樣，也具有能量和動(dòng)量.和其他物質(zhì)相互作用時(shí)，粒子性起主導(dǎo)作用；在光的傳播過(guò)程中，光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大小(概率)，由波動(dòng)性起主導(dǎo)作用，因此稱光波為概率波.3.光子的能量與其對(duì)應(yīng)的頻率成正比，而頻率是描述波動(dòng)性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波動(dòng)性之間的密切聯(lián)系.下面關(guān)于光的波粒二象性的說(shuō)法中，不正確的是A.大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動(dòng)性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性B.頻率越大的光其粒子性越顯著，頻率越小的光其波動(dòng)性越顯著C.光在傳播時(shí)往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，光在跟物質(zhì)相互作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性D.光不可能同時(shí)具有波動(dòng)性和粒子性√光既具有粒子性，又具有波動(dòng)性。實(shí)物粒子既具有粒子性，也具有波動(dòng)性。二.粒子的波粒二象性惠更斯波動(dòng)說(shuō)1690麥克斯韋電磁說(shuō)18641905愛(ài)因斯坦光子說(shuō)波動(dòng)性粒子性1909愛(ài)因斯坦光的波粒二象性1672牛頓微粒說(shuō)1924德布羅意粒子的波粒二象性1.如圖是電子束通過(guò)鋁箔后的衍射圖樣，結(jié)合圖樣及課本內(nèi)容回答下列問(wèn)題：(1)德布羅意提出“實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性”假設(shè)的理論基礎(chǔ)是什么？答案普朗克能量子假說(shuō)和愛(ài)因斯坦光子理論.(2)電子束穿過(guò)鋁箔的衍射圖樣說(shuō)明了什么？答案電子束具有波動(dòng)性.2.德布羅意認(rèn)為任何運(yùn)動(dòng)著的物體均具有波動(dòng)性，可是我們觀察運(yùn)動(dòng)著的汽車，并未感覺(jué)到它的波動(dòng)性，你如何理解該問(wèn)題？談?wù)勛约旱恼J(rèn)識(shí).答案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(dòng)性，宏觀物體(汽車)也存在波動(dòng)性，只是因?yàn)楹暧^物體質(zhì)量大，動(dòng)量大，波長(zhǎng)短，難以觀測(cè).[知識(shí)深化]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.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(dòng)規(guī)律支配，不能以宏觀觀點(diǎn)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.

X射線照在晶體上可以產(chǎn)生衍射，電子打在晶體上也能觀察電子衍射。三.物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證0.1nm一個(gè)電子被75V的電壓加速后,（電子質(zhì)量為9.11×10-31kg）其具有的德布羅意波長(zhǎng)為λ=1.4×10-10m=0.14nm與x射線的波長(zhǎng)相當(dāng)干涉和衍射是波特有的現(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)該能發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象。

1927年C.J.戴維森與G.P.革末作電子衍射實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證電子具有波動(dòng)性。電子衍射實(shí)驗(yàn)1

戴維遜和革末的實(shí)驗(yàn)是用電子束垂直投射到鎳單晶，電子束被散射。其強(qiáng)度分布可用德布羅意關(guān)系和衍射理論給以解釋，從而驗(yàn)證了物質(zhì)波的存在。三.物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證探測(cè)器電子束電子槍鎳單晶

1927年G.P.湯姆遜（J.J.湯姆遜之子）也獨(dú)立完成了電子衍射實(shí)驗(yàn)。與C.J.戴維森共獲1937年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。屏

P多晶薄膜高壓柵極陰極電子衍射實(shí)驗(yàn)2電子束在穿過(guò)細(xì)晶體粉末或薄金屬片后，也象X射線一樣產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。此后，人們相繼證實(shí)了原子、分子、中子等都具有波動(dòng)性。電子衍射圖樣三.物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三.物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三.物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證電子顯微鏡電子顯微鏡下的灰塵(多選)關(guān)于物質(zhì)波，下列認(rèn)識(shí)中正確的是A.任何運(yùn)動(dòng)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做物質(zhì)波，但它們不具有干涉、衍射等現(xiàn)象√√

任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)，都有一種波與之對(duì)應(yīng)，波長(zhǎng)是λ＝

，式中p是運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量，h是普朗克常量，人們把這種波叫做德布羅意波.現(xiàn)有一個(gè)德布羅意波長(zhǎng)為λ1的物體1和一個(gè)德布羅意波長(zhǎng)為λ2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(zhǎng)為多少？德布羅意波長(zhǎng)的計(jì)算1.首先計(jì)算物體的速度，再計(jì)算其動(dòng)量.如果知道物體動(dòng)能也可以直接用p＝

計(jì)算其動(dòng)量.2.再根據(jù)λ＝

計(jì)算德布羅意波長(zhǎng).規(guī)律總結(jié)(對(duì)光的波粒二象性的認(rèn)識(shí))對(duì)于光的波粒二象性的說(shuō)法，正確的是A.一束傳播的光，有的光是波，有的光是粒子B.光波與機(jī)械波是同樣的一種波C.光的波動(dòng)性是由于光子間的相互作用而形成的D.光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光子說(shuō)并未否定電磁說(shuō)，在光子能量ε＝hν中，頻率ν仍表示的是波的特性√(對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí))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.牛頓的“微粒說(shuō)”和惠更斯的“波動(dòng)說(shuō)”相結(jié)合就是光的波粒二象性√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)分題中說(shuō)法和物理史實(shí)與波粒二象性之間的關(guān)系.(對(duì)物質(zhì)波的認(rèn)識(shí))(多選)關(guān)于物質(zhì)波，以下說(shuō)法正確的是A.任何運(yùn)動(dòng)物體都具有波動(dòng)性B.湖面上形成的水波就是物質(zhì)波C.通常情況下，質(zhì)子比電子的波長(zhǎng)長(zhǎng)D.核外電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)，并沒(méi)有確定的軌道√√(物質(zhì)波的計(jì)算)電子由靜止經(jīng)電勢(shì)差為U＝200V的電場(chǎng)加速，電子質(zhì)量m0＝9.1×10－31kg，求此電子的德布羅意波長(zhǎng).(h＝6.63×10－34J·s，e＝1.6×10－19C)代入數(shù)據(jù)解得λ≈8.69×10－2nm.光的波粒二象性和物質(zhì)波1.從數(shù)量上看：個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性；大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性.2.從頻率上看：頻率越低波動(dòng)性越顯著，越容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象；頻率越高粒子性越顯著，貫穿本領(lǐng)越強(qiáng)，越不容易看到光的干涉和衍射現(xiàn)象.3.從傳播與作用上看：光在傳播過(guò)程中往往表現(xiàn)出波動(dòng)性；在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性.4.波動(dòng)性與粒子性的統(tǒng)一：由光子的能量E＝hν、光子的動(dòng)量表達(dá)式p＝

也可以看出，光的波動(dòng)性和粒子性并不矛盾（一直同時(shí)具有）：表示粒子性的能量和動(dòng)量的計(jì)算式中都含有描述波動(dòng)性的物理量——頻率ν和波長(zhǎng)λ.1949年，前蘇聯(lián)物理學(xué)家費(fèi)格爾曼做了一個(gè)非常精確的弱電子流衍射實(shí)驗(yàn)，如圖所示是實(shí)驗(yàn)得到的衍射圖樣，衍射圖樣的結(jié)果說(shuō)明了什么？衍射圖樣不是電子相互作用的結(jié)果，而是來(lái)源于單個(gè)電子具有的波動(dòng)性.衍射圖樣是大量電子出現(xiàn)概率的統(tǒng)計(jì)結(jié)果.說(shuō)明每個(gè)電子到達(dá)底片上各點(diǎn)有一定的概率，所以德布羅意波是概率波.(多選)實(shí)物粒子和光都具有波粒二象性.下列事實(shí)中突出體現(xiàn)波動(dòng)性的是A.電子束通過(guò)雙縫實(shí)驗(yàn)裝置后可以形成干涉圖樣B.β