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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(dòng)性導(dǎo)學(xué)案 新人教版選修3-5 【導(dǎo)——知識(shí)目標(biāo)】 知識(shí)點(diǎn)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。 2.光子的能量：ε=hv 3.光子的動(dòng)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(dòng)性，h架起了粒子性與波動(dòng)性的橋梁。 知識(shí)點(diǎn)二：粒子的波動(dòng)性 1.德布羅意波：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，都有一種波與它對(duì)應(yīng)，這種與實(shí)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(zhǎng)：λ=h/p 說明：ε為粒子的能量，p為粒子

2、的動(dòng)量 知識(shí)點(diǎn)三：物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，得到了類似下圖的衍射圖樣，從而證實(shí)了電子波動(dòng)性。他們?yōu)榇双@得了1973年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 【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(shí)驗(yàn)，得到了衍射圖樣，從而證實(shí)了電子的________。 2.任意時(shí)刻的確定的________和________以及時(shí)空中的確定的軌道，是經(jīng)典物理學(xué)中粒子運(yùn)動(dòng)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(shí)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(duì)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 【1】關(guān)于物質(zhì)波，下列認(rèn)識(shí)中錯(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(zhǎng)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(zhǎng)比原子尺寸小得多 B．電子顯微鏡中電子束運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)要遠(yuǎn)小于原子的尺寸 D．中子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)可以與原子尺寸相當(dāng) 光波是概率波 【3】對(duì)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(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(píng)】[ 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(shí)是分立而不連續(xù)的，無波動(dòng)性；光顯示波動(dòng)性時(shí)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(dòng)性越明顯 C．光的波動(dòng)性可以看作是大量光子運(yùn)動(dòng)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(shí)，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(zhǎng)越短，波動(dòng)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(qiáng) B．質(zhì)子顯微鏡分辨本領(lǐng)較強(qiáng) 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(dòng)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(dòng)性，光電效應(yīng)說明光具有粒

7、子性 D．在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果光通過雙縫時(shí)顯示波動(dòng)性，如果光只通過一個(gè)縫時(shí)顯示粒子性 4．關(guān)于物質(zhì)波的認(rèn)識(shí)，正確的是(　　) A．電子的衍射證實(shí)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(gè)物體都有一種波和它對(duì)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(dòng)性 B．抖動(dòng)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(zhǎng)長(zhǎng) D．核外電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)，并沒有確定的軌道 6．下列對(duì)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(yàn)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(yàn)相悖，但應(yīng)與實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，它在一定范圍內(nèi)就能正確代表研究的對(duì)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(gè)運(yùn)動(dòng)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(duì)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，故C選項(xiàng)是正確的；由電子穿過鋁箔的衍射實(shí)驗(yàn)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(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。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(zhǎng)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(zhǎng)比原子尺寸小得多，它的動(dòng)量應(yīng)很大，即速度應(yīng)很大，A正確，B錯(cuò)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(zhǎng)與原子尺寸相當(dāng)，C錯(cuò)誤，D正確。 答案：A、D 3. 【答案】D 【解析】

10、光是一種波，同時(shí)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(shí)，是“一份一份”的，表現(xiàn)出粒子性；單個(gè)光子通過雙縫后的落點(diǎn)無法預(yù)測(cè)，但大量光子通過雙縫后在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性可以用波動(dòng)規(guī)律描述，表現(xiàn)出波動(dòng)性，粒子性和波動(dòng)性是光本身的一種屬性，光子說并未否定電磁說。 檢測(cè)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(dòng)性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；光的波動(dòng)性和粒子性都與光的頻率有關(guān)，隨著頻率的增大，波動(dòng)性減弱而粒子性增強(qiáng)，選項(xiàng)B正確；大量光子表現(xiàn)出波動(dòng)性，少量光子則表現(xiàn)出粒子性，選項(xiàng)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(zhǎng)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(xiàng)D正確。 答案：B、C、D 2. 解析：本題結(jié)合顯微鏡考查實(shí)物粒子的物質(zhì)波，在電場(chǎng)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(zhǎng)短，波動(dòng)性弱，從而質(zhì)子顯微鏡分辨本領(lǐng)較強(qiáng)，即B選項(xiàng)正確。 答案：B 3. 解析：牛頓主張的微粒說中的微粒與實(shí)物粒子一樣，惠更斯主張的波動(dòng)說中的波動(dòng)與宏觀機(jī)械波等同，這兩種觀點(diǎn)是相互對(duì)立的，都不能說明光的本性，所以A、B錯(cuò)，C正確；在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫干涉出現(xiàn)明暗均勻的條紋。當(dāng)讓光子一個(gè)

12、一個(gè)地通過單縫時(shí)，曝光時(shí)間短時(shí)表現(xiàn)出粒子性，曝光時(shí)間長(zhǎng)時(shí)表現(xiàn)出波動(dòng)性，因此D錯(cuò)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(cè)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(yùn)動(dòng)的物質(zhì)才有物質(zhì)波與它對(duì)應(yīng)，故C錯(cuò)誤；物質(zhì)波與光波一樣，也是一種概率波，即粒子在各點(diǎn)出現(xiàn)的概率遵循波動(dòng)規(guī)律，但物質(zhì)波不是光波，所以B正確，D錯(cuò)誤；即正確選項(xiàng)是A、B。 答案：A、B 5 解析：任何物體都具有波動(dòng)性，故A對(duì)；對(duì)宏觀物體而言，其波動(dòng)性難以觀測(cè)，我們所看到的繩波是機(jī)械波，不是物質(zhì)波，故B錯(cuò)；電子的動(dòng)量往往比質(zhì)子的動(dòng)量小，由λ＝知，電子的波長(zhǎng)長(zhǎng)，故C錯(cuò)；核外電子繞核運(yùn)動(dòng)的規(guī)律是概率問題，無確定的軌道，故D對(duì)。 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(shí)驗(yàn)結(jié)果符合，而不是符合人的日常經(jīng)驗(yàn)，B、D正確。 答案：B、D