江西省宜春市宜春中學(xué)高中物理 17.3 粒子的波動性導(dǎo)學(xué)案 新人教版選修3-5

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1、江西省宜春市宜春中學(xué)高中物理 17.3 粒子的波動性導(dǎo)學(xué)案 新人教版選修3-5 【導(dǎo)——知識目標(biāo)】 知識點一：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。 2.光子的能量：ε=hv 3.光子的動量：p=h/λ 注意：物理量ε和p描述光的粒子性，物理量v和λ描述光的波動性，h架起了粒子性與波動性的橋梁。 知識點二：粒子的波動性 1.德布羅意波：任何一個運動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波與它對應(yīng)，這種與實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也稱物質(zhì)波。 2.波的頻率：v=ε/h 波的波長：λ=h/p 說明：ε為粒子的能量，p為粒子

2、的動量 知識點三：物質(zhì)波的實驗驗證 1927年戴維孫和G。P。湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射的實驗，得到了類似下圖的衍射圖樣，從而證實了電子波動性。他們?yōu)榇双@得了1973年的諾貝爾物理學(xué)獎 【思——自主學(xué)習(xí)】 1．1927年戴維孫和G.P.湯姆孫分別利用________做了電子束衍射的實驗，得到了衍射圖樣，從而證實了電子的________。 2.任意時刻的確定的________和________以及時空中的確定的軌道，是經(jīng)典物理學(xué)中粒子運動的基本特征。與經(jīng)典的粒子不同，經(jīng)典的波在空間是________的，其特征是具有________和________，也就是具有時間的周期性。 3

3、．光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過________的規(guī)律確定。所以，從光子的概念上看，光波是一種________波。 4．對于電子和其他微觀粒子，由于同樣具有________，所以與它們相聯(lián)系的物質(zhì)波也是________波。 【議小組合作】 物質(zhì)波的實驗驗證 【1】關(guān)于物質(zhì)波，下列認(rèn)識中錯誤的是(　　) 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做物質(zhì)波，但它們不具有干涉、衍射等現(xiàn)象 【2】為了觀察晶體的原子排列，可以采用下列方法：(1)用分辨率比

4、光學(xué)顯微鏡更高的電子顯微鏡成像(由于電子的物質(zhì)波波長很短，能防止發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，因此電子顯微鏡的分辨率高)；(2)利用X射線或中子束得到晶體的衍射圖樣，進(jìn)而分析出晶體的原子排列。則下列分析中正確的是 (　　) A．電子顯微鏡所利用的是電子的物質(zhì)波的波長比原子尺寸小得多 B．電子顯微鏡中電子束運動的速度應(yīng)很小 C．要獲得晶體的X射線衍射圖樣，X射線波長要遠(yuǎn)小于原子的尺寸 D．中子的物質(zhì)波的波長可以與原子尺寸相當(dāng) 光波是概率波 【3】對于光的波粒二象性的說法中，正確的是(　　) A．在一束傳播的光束中，有的光是波，有的光是粒子 B．光子與電

5、子同樣是一種粒子，光波與機(jī)械波同樣是一種波 C．光的波動性是由于光子間的相互作用而形成的 D．光是一種波，同時也是一種粒子，光子說并未否定電磁說，在光子的能量E＝hν中，頻率ν仍表示的是波的特征 【展】【評】[ 檢] 1．下列關(guān)于光的波粒二象性的說法中，正確的是(　　) A．光顯示粒子性時是分立而不連續(xù)的，無波動性；光顯示波動性時是連續(xù)而不分立的，無粒子性 B．光的頻率越高，其粒子性越明顯；光的頻率越低，其波動性越明顯 C．光的波動性可以看作是大量光子運動的規(guī)律 D．倫琴射線比可見光更容易發(fā)生光電效應(yīng)，而更不容易產(chǎn)生干涉、衍射等物理現(xiàn)象 2．顯微鏡觀看細(xì)微結(jié)構(gòu)時，由于受到衍射

6、現(xiàn)象的影響而觀察不清，因此觀察越細(xì)小的結(jié)構(gòu)，就要求波長越短，波動性越弱。在加速電壓值相同的情況下，電子顯微鏡與質(zhì)子顯微鏡的分辨本領(lǐng)，下列判定正確的是(　　) A．電子顯微鏡分辨本領(lǐng)較強 B．質(zhì)子顯微鏡分辨本領(lǐng)較強 C．兩種顯微鏡分辨本領(lǐng)相同 D．兩種顯微鏡分辨本領(lǐng)不便比較 3．有關(guān)光的本性的說法中正確的是(　　) A．關(guān)于光的本性，牛頓提出了“微粒說”，惠更斯提出了“波動說”，愛因斯坦提出了“光子說”，它們都圓滿地說明了光的本性 B．光具有波粒二象性是指：光既可以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)象說明光具有波動性，光電效應(yīng)說明光具有粒

7、子性 D．在光的雙縫干涉實驗中，如果光通過雙縫時顯示波動性，如果光只通過一個縫時顯示粒子性 4．關(guān)于物質(zhì)波的認(rèn)識，正確的是(　　) A．電子的衍射證實了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的 B．物質(zhì)波也是一種概率波 C．任何一個物體都有一種波和它對應(yīng)，這就是物質(zhì)波 D．物質(zhì)波就是光波 5．以下說法正確的是(　　) A．物體都具有波動性 B．抖動細(xì)繩一端，繩上的波就是物質(zhì)波 C．通常情況下，質(zhì)子比電子的波長長 D．核外電子繞核運動時，并沒有確定的軌道 6．下列對物理模型和物理現(xiàn)象的關(guān)系理解正確的是(　　) A．物理模型應(yīng)與日常經(jīng)驗相吻合，并能解

8、釋物理現(xiàn)象 B．物理模型可以與日常經(jīng)驗相悖，但應(yīng)與實驗結(jié)果一致 C．物理模型不能十分古怪，讓人難以理解 D．只要物理模型與實驗結(jié)果一致，它在一定范圍內(nèi)就能正確代表研究的對象 例題答案： 1. 【答案】B、D 【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，A選項是正確的；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B選項錯誤；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C選項是正確的；由電子穿過鋁箔的衍射實驗知

9、，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。綜合以上分析知，本題應(yīng)選B、D。 2. 解析：由題目所給信息“電子的物質(zhì)波波長很短，能防止發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象”及發(fā)生衍射現(xiàn)象的條件可知，電子的物質(zhì)波的波長比原子尺寸小得多，它的動量應(yīng)很大，即速度應(yīng)很大，A正確，B錯誤；由信息“利用X射線或中子束得到晶體的衍射圖樣”及發(fā)生衍射現(xiàn)象的條件可知，中子的物質(zhì)波或X射線的波長與原子尺寸相當(dāng)，C錯誤，D正確。 答案：A、D 3. 【答案】D 【解析】

10、光是一種波，同時也是一種粒子，光具有波粒二象性。當(dāng)光和同物質(zhì)作用時，是“一份一份”的，表現(xiàn)出粒子性；單個光子通過雙縫后的落點無法預(yù)測，但大量光子通過雙縫后在空間各點出現(xiàn)的可能性可以用波動規(guī)律描述，表現(xiàn)出波動性，粒子性和波動性是光本身的一種屬性，光子說并未否定電磁說。 檢測練習(xí)答案 1. 解析：我們既不能把光看成宏觀現(xiàn)象中的波，也不能把光看成宏觀現(xiàn)象中的粒子，光既具有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，選項A錯誤；光的波動性和粒子性都與光的頻率有關(guān)，隨著頻率的增大，波動性減弱而粒子性增強，選項B正確；大量光子表現(xiàn)出波動性，少量光子則表現(xiàn)出粒子性，選項C正確；倫琴射線的頻率比可見光高

11、，在真空中、空氣中或在同一種介質(zhì)中的倫琴射線的波長比可見光短，因而更容易發(fā)生光電效應(yīng)而更不容易觀察到干涉和衍射現(xiàn)象，選項D正確。 答案：B、C、D 2. 解析：本題結(jié)合顯微鏡考查實物粒子的物質(zhì)波，在電場中加速eU＝mv2＝，又由物質(zhì)波公式λ＝得λ＝，所以經(jīng)相同電壓加速后的質(zhì)子與電子相比，質(zhì)子的物質(zhì)波波長短，波動性弱，從而質(zhì)子顯微鏡分辨本領(lǐng)較強，即B選項正確。 答案：B 3. 解析：牛頓主張的微粒說中的微粒與實物粒子一樣，惠更斯主張的波動說中的波動與宏觀機(jī)械波等同，這兩種觀點是相互對立的，都不能說明光的本性，所以A、B錯，C正確；在雙縫干涉實驗中，雙縫干涉出現(xiàn)明暗均勻的條紋。當(dāng)讓光子一個

12、一個地通過單縫時，曝光時間短時表現(xiàn)出粒子性，曝光時間長時表現(xiàn)出波動性，因此D錯誤。 答案：C 4. 解析：本題綜合考查物質(zhì)波概念，電子衍射圖像的觀測證明德布羅意關(guān)于物質(zhì)波的假說是正確的，所以A正確；只有運動的物質(zhì)才有物質(zhì)波與它對應(yīng)，故C錯誤；物質(zhì)波與光波一樣，也是一種概率波，即粒子在各點出現(xiàn)的概率遵循波動規(guī)律，但物質(zhì)波不是光波，所以B正確，D錯誤；即正確選項是A、B。 答案：A、B 5 解析：任何物體都具有波動性，故A對；對宏觀物體而言，其波動性難以觀測，我們所看到的繩波是機(jī)械波，不是物質(zhì)波，故B錯；電子的動量往往比質(zhì)子的動量小，由λ＝知，電子的波長長，故C錯；核外電子繞核運動的規(guī)律是概率問題，無確定的軌道，故D對。 答案：A、D 6 解析：建立物理模型的目的就是能解釋物理現(xiàn)象，與實驗結(jié)果符合，而不是符合人的日常經(jīng)驗，B、D正確。 答案：B、D