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

《2019-2020學(xué)年高中物理 第十七章 波粒二象性 3 粒子的波動(dòng)性課件 新人教版選修3-5.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2019-2020學(xué)年高中物理 第十七章 波粒二象性 3 粒子的波動(dòng)性課件 新人教版選修3-5.ppt（26頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

3粒子的波動(dòng)性 一 光的波粒二象性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 h 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) 和頻率 是描述物質(zhì)的波動(dòng)性的典型物理量 因此 h 和p 揭示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 二 粒子的波動(dòng)性及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證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 2 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 1927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 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 自我檢測(cè)1 思考辨析 1 大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動(dòng)性 個(gè)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(shí)候表現(xiàn)出的粒子性較明顯 有時(shí)候表現(xiàn)出的波動(dòng)性較明顯 大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動(dòng)性 個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性 答案 2 光在傳播時(shí)是波 而與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子 解析 光在傳播時(shí)波動(dòng)性顯著 光與物質(zhì)相互作用時(shí)粒子性顯著 答案 3 牛頓的 微粒說(shuō) 與愛(ài)因斯坦的 光子說(shuō) 本質(zhì)上是一樣的 解析 牛頓的 微粒說(shuō) 認(rèn)為光是一種物質(zhì)微粒 愛(ài)因斯坦的 光子說(shuō) 認(rèn)為光是一份一份不連續(xù)的能量 答案 4 德布羅意認(rèn)為實(shí)數(shù)粒子也具有波動(dòng)性 答案 5 向前飛行的子彈具有波動(dòng)性 答案 讀一讀 思一思 辨一辨 議一議 2 探究討論 光的波動(dòng)性和粒子性是相互矛盾的 無(wú)法統(tǒng)一 這種說(shuō)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(dòng)性 這說(shuō)明光的波動(dòng)性和粒子性不是孤立的 而是有機(jī)的統(tǒng)一體 探究一 探究二 光的波粒二象性問(wèn)題探究曾有一位記者向物理學(xué)家諾貝爾獎(jiǎng)獲得者布拉格請(qǐng)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(gè)波 星期二 四 六它是一個(gè)粒子 星期天物理學(xué)家休息 那么光的本性到底是什么呢 你是如何理解的 要點(diǎn)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(dòng)性 粒子性和波動(dòng)性都是光本身的屬性 探究一 探究二 知識(shí)歸納1 對(duì)光的本性認(rèn)識(shí)史人類對(duì)光的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歷程 從牛頓的光的微粒說(shuō)到托馬斯 楊和菲涅耳的波動(dòng)說(shuō) 從麥克斯韋的光的電磁說(shuō)到愛(ài)因斯坦的光子說(shuō) 直到20世紀(jì)初 對(duì)于光的本性的認(rèn)識(shí)才提升到一個(gè)更高層次 即光具有波粒二象性 對(duì)于光的本性認(rèn)識(shí)史 列表如下 探究一 探究二 2 對(duì)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(dòng)性 個(gè)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(shuō)法正確的是 A 光既具有波動(dòng)性 又具有粒子性 兩種性質(zhì)是不相容的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 大量光子才具有波動(dòng)性 個(gè)別光子只具有粒子性D 由于光既具有波動(dòng)性 又具有粒子性 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 光既具有波動(dòng)性 又具有粒子性 但它又不同于宏觀觀念中的機(jī)械波和粒子 波動(dòng)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(gè)不同側(cè)面 不同屬性 我們無(wú)法用其中的一種去說(shuō)明光的一切行為 只能認(rèn)為光具有波粒二象性 只有選項(xiàng)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(dòng)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(dòng)性 個(gè)別光子表現(xiàn)出粒子性 光在傳播時(shí)表現(xiàn)出波動(dòng)性 光和其他物質(zhì)相互作用時(shí)表現(xiàn)出粒子性 頻率低的光波動(dòng)性更強(qiáng) 頻率高的光粒子性更強(qiáng) 探究一 探究二 變式訓(xùn)練1 多選 對(duì)光的認(rèn)識(shí) 下列說(shuō)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(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)合下 光的粒子性表現(xiàn)明顯解析 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(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 因?yàn)椴▌?dòng)性表現(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(dòng)性 因?yàn)榇罅苛Ｗ拥膫€(gè)別行為呈現(xiàn)出波動(dòng)規(guī)律 故正確選項(xiàng)有A B D 答案 ABD 探究一 探究二 粒子的波動(dòng)性問(wèn)題探究根據(jù)測(cè)算 羽毛球離拍時(shí)的最大速度可達(dá)到288km h 羽毛球的質(zhì)量為5 0g 試求其德布羅意波長(zhǎng) 我們能觀察到羽毛球的波動(dòng)性嗎 探究一 探究二 知識(shí)歸納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 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 一般宏觀物體物質(zhì)波的波長(zhǎng)很短 波動(dòng)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(rèn)識(shí)正確的是 A 任何一個(gè)物體都有一種波和它對(duì)應(yīng) 這就是物質(zhì)波B X光的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的C 電子的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的D 宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí) 看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象 所以宏觀物體不具有波動(dòng)性 思考問(wèn)題 為什么宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí) 其波動(dòng)性不明顯 提示 宏觀物體由于動(dòng)量太大 德布羅意波長(zhǎng)太小 所以看不到它的干涉 衍射現(xiàn)象 但具有波動(dòng)性 探究一 探究二 解析 運(yùn)動(dòng)的物體才具有波動(dòng)性 A項(xiàng)錯(cuò) 宏觀物體由于動(dòng)量太大 德布羅意波長(zhǎng)太小 所以看不到它的干涉 衍射現(xiàn)象 但仍具有波動(dòng)性 D項(xiàng)錯(cuò) X光是波長(zhǎng)極短的電磁波 是光子 它的衍射不能證實(shí)物質(zhì)波的存在 B項(xiàng)錯(cuò) 只有C項(xiàng)正確 答案 C 規(guī)律總結(jié)對(duì)德布羅意波的理解實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性 這種波稱之為物質(zhì)波 也叫德布羅意波 動(dòng)量 對(duì)物理原理公式的理解關(guān)鍵在于對(duì)各物理量意義的理解 探究一 探究二 變式訓(xùn)練2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(dòng)量為p1 m1v子彈的動(dòng)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(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了曲折的過(guò)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(shuō) 與愛(ài)因斯坦的 光子說(shuō) 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(dòng)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(shuō) 認(rèn)為光是一種物質(zhì)微粒 愛(ài)因斯坦的 光子說(shuō) 認(rèn)為光是一份一份不連續(xù)的能量 A錯(cuò) 干涉是波的特性 光能發(fā)生干涉說(shuō)明光具有波動(dòng)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(lái)赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光是一種電磁波 C正確 光具有波動(dòng)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(shuō)法是 A 光的頻率越高 光子的能量越大 粒子性越顯著B(niǎo) 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 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 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 大量光子顯示波動(dòng)性 故選項(xiàng)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(shuō)法錯(cuò)誤的是 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(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) 選項(xiàng)A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 即選項(xiàng)B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 故選項(xiàng)C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 故選項(xiàng)D錯(cuò)誤 答案 BD 1 2 3 4 4 下列說(shuō)法正確的是 A 光的干涉和衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性 光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性 所以我們可以說(shuō)光具有波粒二象性B 一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子具有相同的動(dòng)能時(shí) 因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量比質(zhì)子的小 所以電子的動(dòng)量就小C 一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子具有相同的動(dòng)能時(shí) 電子的德布羅意波長(zhǎng)比質(zhì)子的小D 一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子具有相同的動(dòng)能時(shí) 電子的德布羅意波長(zhǎng)比質(zhì)子的大 1 2 3 4 解析 光既具有波動(dòng)性 又具有粒子性 說(shuō)明了光具有波粒二象性 選項(xiàng)A正確 一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子具有相同的動(dòng)能時(shí) 動(dòng)量和動(dòng)能的關(guān) 子的德布羅意波長(zhǎng)大 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 選項(xiàng)D正確 答案 ABD