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1、江西省宜春市宜春中學(xué)高中物理 第16章 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：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.光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有___ _ ____。 (1)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)生的效果往往顯示粒子性。比如，干涉、衍射現(xiàn)象中，如果用強(qiáng)光照射，在光屏上立刻就出現(xiàn)了干涉、衍射條紋，波動(dòng)性體現(xiàn)了出來；如果用很微弱的光照射，在感光屏上就只能觀察到一些分布毫無規(guī)律的光點(diǎn)，體現(xiàn)出了粒子性。但是如果在微弱的光照射時(shí)間加大的情況下，感光底片上光

3、點(diǎn)的分布又會(huì)出現(xiàn)一定的規(guī)律性，傾向于干涉、衍射的分布規(guī)律。這些實(shí)驗(yàn)為人們認(rèn)識(shí)光的波粒二象性提供了良好的證據(jù)。 (2)頻率低的光波動(dòng)性明顯，頻率高的光粒子性明顯。 (3)光在傳播時(shí)容易表現(xiàn)出波動(dòng)性，在與其他物質(zhì)相互作用時(shí)，容易表現(xiàn)出明顯的粒子性。 (4)光子說不排斥波動(dòng)性，光子的能量的計(jì)算公式中就包含著波動(dòng)的因素——頻率。 2．光子的能量ε和動(dòng)量p可以表示為ε＝________和p＝________，它們是描述光的性質(zhì)的基本關(guān)系式，其中________是架起了粒子性與波動(dòng)性之間的橋梁。 3．實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，即每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的________相聯(lián)系，而且粒子的能量ε和

4、動(dòng)量p跟它所對(duì)應(yīng)的波的頻率ν和波長λ之間，也像光子跟光波一樣，遵從如下關(guān)系ν＝________和λ＝________，這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波后來稱為________，也叫做物質(zhì)波。 【議小組合作】 光的波粒二象性 1對(duì)光的認(rèn)識(shí)，以下說法中正確的是(　　) 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：在某種情境下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯，在另外某種情境下，光的粒子性表現(xiàn)明顯 【2】．關(guān)于對(duì)光的認(rèn)識(shí)，下

5、列說法正確的是(　　) A．頻率高的光是粒子，頻率低的光是波 B．光有時(shí)是波，有時(shí)是粒子 C．光有時(shí)候表現(xiàn)出波動(dòng)性，有時(shí)候表現(xiàn)出粒子性 D．光既是宏觀概念中的波，也是宏觀概念中的粒子 光波是概率波 【5】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．人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了曲折的過程。下列

6、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”與愛因斯坦的“光子說”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 2．能說明光具有波粒二象性的實(shí)驗(yàn)是(　　) A．光的干涉和衍射 B．光的干涉和光電效應(yīng) C．光的衍射和康普頓效應(yīng) D．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng) 3．關(guān)于光的本性，下列說法中正確的是(　　) A．光子說并沒有否定光的電磁說 B．光電效應(yīng)現(xiàn)象反映了光的粒子性 C．光的波粒二象性是綜合了牛頓的微粒說和惠更斯的波動(dòng)說提出來的 D．大量

7、光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動(dòng)性 4．下列關(guān)于光的波粒二象性的說法中，正確的是(　　) A．有的光是波，有的光是粒子 B．光子與電子是同樣的一種粒子 C．光的波長越長，其波動(dòng)性越明顯；波長越短，其粒子性越顯著 D．大量光子的行為往往顯示出粒子性 5．關(guān)于物質(zhì)波，下列說法中正確的是(　　) A．速度相等的電子和質(zhì)子，電子的波長大 B．動(dòng)能相等的電子和質(zhì)子，電子的波長小 C．動(dòng)量相等的電子和中子，中子的波長小 D．甲電子速度是乙電子的3倍，甲電子的波長也是乙電子的3倍 6．已知α粒子的質(zhì)量mα＝6.64×10－27 kg，速度v＝3×10

8、7 m/s，要觀察到α粒子明顯的衍射現(xiàn)象，障礙物的尺寸約為(　　) A．3.3×10－10 m　　　B．3.3×10－12 m C．3.3×10－15 m D．3.3×10－18 m 議答案： 1. 【答案】A、B、D 【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。 2. 解析：波動(dòng)性和粒子性是微觀粒子(包括光)具有的不可分割的兩種固有屬

9、性，在不同情況下，一種屬性起主要作用，該屬性就表現(xiàn)出來或?qū)傩燥@著。但微觀粒子的波動(dòng)性和粒子性與宏觀概念中的波和粒子是完全不同的。 答案：C 檢測(cè)練習(xí)答案 1. 解析：牛頓的“微粒說”認(rèn)為光是從光源發(fā)出的一種物質(zhì)微粒，在均勻的介質(zhì)中以一定的速度傳播；愛因斯坦的光子說認(rèn)為光是一種電磁波，在空間傳播時(shí)是不連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子，故本質(zhì)是不同的，A錯(cuò)。 答案：B、C、D 2. 解析：光的干涉和光的衍射只說明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)只說明光具有粒子性，B、C正確。 答案：B、C 3. 解析：光既有粒子性，又有波動(dòng)性，但這兩種特性并不是牛頓所支持的微粒說和惠更斯

10、提出的波動(dòng)說，它體現(xiàn)出的規(guī)律不再是宏觀粒子和機(jī)械波所表現(xiàn)出的規(guī)律，而是自身體現(xiàn)的一種微觀世界特有的規(guī)律。光子說和電磁說各自能解釋光特有的現(xiàn)象，兩者構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體，而微粒說和波動(dòng)說是相互對(duì)立的。 答案：A、B 4. 解析：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，光的有些行為(如光電效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說有的光是波，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，不能說光子與電子是同樣的一種粒子。光的波粒二象性的理論和實(shí)驗(yàn)

11、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，光的波長越長，衍射性越好，即波動(dòng)性越顯著，光的波長越短，其光子能量越大，個(gè)別或少數(shù)光子的作用就足以引起接收裝置的反應(yīng)，所以其粒子性就很顯著，故選項(xiàng)C正確。A、B、D錯(cuò)誤。 答案：C 5. 解析：由λ＝可知，動(dòng)量大的波長小。電子與質(zhì)子的速度相等時(shí)，電子動(dòng)量小，波長長。電子與質(zhì)子動(dòng)能相等時(shí)，由動(dòng)量與動(dòng)能的關(guān)系式：p＝ 可知，電子的動(dòng)量小，波長長。動(dòng)量相等的電子和中子，其波長應(yīng)相等。如果甲、乙兩電子的速度遠(yuǎn)小于光速，甲的速度是乙的三倍，甲的動(dòng)量也是乙的三倍，則甲的波長應(yīng)是乙的。 答案：A 6. 解析：根據(jù)德布羅意假說λ＝＝＝ m≈3.3×10－15 m。要觀察到明顯的衍射現(xiàn)象，障礙物的尺寸與波長差不多，C正確。 答案：C