《2018-2019高中物理 第17章 波粒二象性 17.3 粒子的波動性課件 新人教版選修3-5.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2018-2019高中物理 第17章 波粒二象性 17.3 粒子的波動性課件 新人教版選修3-5.ppt（54頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、3粒子的波動性,【自主預習】1.光的本性:光的干涉、衍射、偏振現象表明光具有_____性,光電效應和康普頓效應表明光具有_____性,即光具有_________性。,波動,粒子,波粒二象,,2.光子的能量和動量:(1)能量:ε=____。(2)動量:p=。,hν,,(3)意義:能量ε和動量p是描述物質的_____性的重要物理量;波長λ和頻率ν是描述物質的_____性的典型物理量。因此ε=hν和p=揭示了光的_____性和_____性之間的密切關系。,粒子,波動,粒子,波動,,3.粒子的波動性:(1)德布羅意波:任何一個_______的物體,都有一種波與它相對應,這種波叫_______,也稱為德

2、布羅意波。(2)物質波的波長、頻率關系式:λ=,ν=。,運動著,物質波,,(3)實驗探究思路:_____、_____是波特有的現象,如果實物粒子具有波動性,則在一定條件下,也應該發(fā)生干涉或衍射現象。(4)實驗驗證:1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了___________的實驗,得到了電子的_________,證實了運動著的電子具有_______。,干涉,衍射,電子束衍射,衍射圖樣,波動性,,【預習小測】1.(多選)下列現象中說明光具有波動性的是()A.光電效應B.光的衍射C.光的干涉D.光的折射,,【解析】選B、C。光的干涉和衍射現象,說明光是一種波,因為干涉和衍射是波特有的現象,故B、

3、C正確。,,2.下列說法中正確的是()A.質量大的物體,其德布羅意波長較短B.速度大的物體,其德布羅意波長較短C.動量大的物體,其德布羅意波長較短D.動能大的物體,其德布羅意波長較短,,【解析】選C。根據公式λ=可以判斷動量大的物體德布羅意波長較短,故C正確。,3.下列說法中正確的是()A.物質波屬于機械波B.只有像電子、質子、中子這樣的微觀粒子才具有波動性C.德布羅意認為,任何一個運動著的物體,小到電子、質子,大到行星、太陽,都有一種波和它對應,這種波叫物質波D.宏觀物體運動時,看不到它的衍射或干涉現象,所以宏觀物體運動時不具有波動性,,【解析】選C。物質波是一切運動著的物體所具有的波,與機

4、械波性質不同,宏觀物體也具有波動性,只是干涉、衍射現象不明顯而已,故只有C對。,主題一光的波粒二象性【互動探究】1.波的兩個典型特性是什么?提示:波能發(fā)生干涉和衍射。,,2.舉出光有波動性的兩個實例。提示:(1)光的單縫衍射。(2)托馬斯楊的雙縫干涉。,,3.光的波動性與機械波有何本質區(qū)別?提示:光雖然具有波動性,但又具有粒子性,這與機械波有著本質的不同,如傳播問題,光可以在真空中傳播,且速度比在介質中大,而機械波只能借助介質傳播,在真空中不能傳播。,,4.什么現象能說明光具有粒子性?提示:光電效應現象以及康普頓效應現象均說明光具有粒子性。,,5.描述光的性質的基本關系式ε=hν和p=中,光的

5、波粒二象性是怎樣聯系在一起的?,,提示:描述光的性質的基本關系式ε=hν和p=中能量ε和動量p是描述物質的粒子性的重要物理量;頻率ν和波長λ是描述物質波動性的典型物理量。兩式左側的物理量ε和p描述光的粒子性,右側的物理量ν和λ描述光的波動性,它們通過普朗克常量h聯系在一起。,【探究總結】1.光的波粒二象性的比較:,,2.光的粒子性和波動性的統(tǒng)一性:(1)光的粒子性并不否定光的波動性,光既具有波動性,又具有粒子性,波動性、粒子性都是光本身的一種屬性,只是在不同條件下的表現不同。,,(2)光子的能量與其對應的頻率成正比,而頻率是波動性特有的物理量,因此E=hν,揭示了光的粒子性和波動性之間的密切聯

6、系。光的粒子性和波動性組成一個有機的統(tǒng)一體,相互間并不獨立存在。,,【典例示范】下列有關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,其波動性越顯著;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,,【解題指南】(1)在宏觀現象中,波與粒子是對立的概念,而在微觀世界中,波與粒子可以統(tǒng)一。(2)光具有波粒二象性是指光在傳播過程中和其他物質作用時分別表現出波和粒子的特性。,【解析】選C。一切光都具有波粒二象性,光的有些行為(如干涉、衍射)表現出波動性,有些行為(如光電效應)表現出粒子性,所以,不能說有的光是波,有的光是粒

7、子。雖然光子與電子都是微觀粒子,都具有波粒二象性,但電子是實物粒子,有靜止質量,光子不是實物粒子,沒有靜止質量,電子是以實物形式存在的物質,光子是以場形式存在的物質,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驗表明,大量光子的行為表現出波動性,個別光子的行為表現出粒子性。光的波長越長,衍射性越好,即波動性越顯著,光的波長越短,其光子能量越大,個別或少數光子的作用就足以引起光接收裝置的反應,所以其粒子性就很顯著,故C正確,A、B、D錯誤。,【探究訓練】1.(多選)(2018威海高二檢測)人類對光的本性的認識經歷了曲折的過程。下列關于光的本性的陳述符合科學規(guī)律或歷史事實的是

8、()A.牛頓的“微粒說”與愛因斯坦的“光子說”本質上是一樣的B.光的雙縫干涉實驗顯示了光具有波動性C.麥克斯韋預言了光是一種電磁波D.光具有波粒二象性,【解析】選B、C、D。牛頓的“微粒說”認為光是一種物質微粒,愛因斯坦的“光子說”認為光是一份一份不連續(xù)的能量,顯然選項A錯;干涉、衍射是波的特性,光能發(fā)生干涉說明光具有波動性,選項B正確;麥克斯韋根據光的傳播不需要介質以及電磁波在真空中的傳播速度與光速近似相等,從而認為光是一種電磁波,后來赫茲用實驗證實了光的電磁說,選項C正確;光具有波動性與粒子性,稱為光的波粒二象性,選項D正確。,,2.(多選)對光的認識,以下說法中正確的是()A.個別光子的

9、行為表現為粒子性,大量光子的行為表現為波動性B.光的波動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.光表現出波動性時,就不具有粒子性了,光表現出粒子性時,就不具有波動性了D.光的波粒二象性應理解為在某種情景下光的波動性表現明顯,在另外某種情景下,光的粒子性表現明顯,,【解析】選A、B、D。個別光子的行為表現為粒子性,大量光子的行為表現為波動性;光與物質相互作用,表現為粒子性,光的傳播表現為波動性,光的波動性與粒子性都是光的本質屬性。因為波動性表現為粒子分布概率,光的粒子性表現明顯時仍具有波動性,因為大量粒子的個別行為呈現出波動規(guī)律,故正確選項有A、B、D。,,【補償訓練】關于光

10、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.光電效應現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說提出來的D.大量光子產生的效果往往顯示出粒子性,個別光子產生的效果往往顯示出波動性,,【解析】選A。光既有粒子性,又有波動性,但這兩種特性并不是牛頓所支持的微粒說和惠更斯提出的波動說,它體現出的規(guī)律不再是宏觀粒子和機械波所表現出的規(guī)律,而是自身體現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象,兩者構成一個統(tǒng)一的整體,而微粒說和波動說是相互對立的。,,【通法悟道】分析光具有波粒二象性問題的兩個依據(1)分析光具有波動性問題的依據是波的

11、特性:波的干涉、衍射及偏振等。(2)分析光具有粒子性問題的依據是光電效應現象及康普頓效應。,主題二粒子的波動性物質波【互動探究】如圖是電子束通過鋁箔后的衍射圖樣,結合圖樣及課本內容回答下列問題:,(1)德布羅意提出“實物粒子也具有波動性”假設的理論基礎是什么?提示:普朗克能量子假說和愛因斯坦光子理論。(2)電子束穿過鋁箔的衍射圖樣說明了什么?提示:電子束具有波動性。,,(3)德布羅意波長與動量的關系是怎樣的?提示:如果用動量p來表征實物粒子的粒子性,用波長λ來表征實物粒子的波動性。那么,對光適用的關系式也適用于實物粒子,即:λ=,這種與實物粒子相聯系的波后來稱為德布羅意波,也叫作物質波。其中λ

12、是德布羅意波長,h是普朗克常量,p是相應的實物粒子的動量。,,(4)德布羅意認為任何運動著的物體均有波動性,可是我們觀察運動著的汽車,并未感覺到它的波動性。你如何理解該問題,談談自己的認識。,,提示: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性,宏觀物體(汽車)也存在波動性,只是因為宏觀物體質量大,動量大,波長短,難以觀測,而微觀粒子如電子、質子、中子以及原子、分子的波動性為宏觀物體具有波動性奠定了事實基礎。,,【探究總結】(1)任何物體,小到電子、質子,大到行星、太陽都存在波動性,我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性,是因為宏觀物體對應的波長太小。(2)物質波是一種概率波,粒子在空

13、間各處出現的概率受波動規(guī)律支配,不能以宏觀觀點中的波來理解德布羅意波。,,(3)德布羅意假說是光子的波粒二象性的一種推廣,使之包括了所有的物質粒子,即光子與實物粒子都具有粒子性,又都具有波動性,與光子對應的波是電磁波,與實物粒子對應的波是物質波。,【典例示范】(2018莆田高二檢測)任何一個運動著的物體,小到電子、質子,大到行星、太陽,都有一種波與之對應,波長是λ=,式中p是運動物體的動量,h是普朗克常量,人們把這種波叫作德布羅意波?，F有一個德布羅意波長為λ1的物體1和一個德布羅意波長為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為多少?,,【解

14、題指南】解答本題應注意以下兩點:(1)物體1和物體2碰撞過程滿足動量守恒。(2)德布羅意波長λ與物體的動量p、普朗克常量h之間的關系是λ=。,,【解析】由動量守恒定律p2-p1=(m1+m2)v及p=,得,所以λ=。答案:,,【探究訓練】1.(多選)(2018金華高二檢測)頻率為ν的光子,德布羅意波長為λ=,能量為E,則光的速度為(),,【解析】選A、C。根據c=λν,E=hν,λ=,即可解得光的速度為或。,,2.(多選)關于物質波,下列認識中正確的是()A.任何運動的物體(質點)都伴隨一種波,這種波叫物質波B.X射線的衍射實驗,證實了物質波假設是正確的C.電子的衍射實驗,證實了物質波假設是正

15、確的D.宏觀物體盡管可以看作物質波,但它們不具有干涉、衍射等現象,,【解析】選A、C。據德布羅意物質波理論知,任何一個運動的物體,小到電子、質子,大到行星、太陽,都有一種波與之相對應,這種波就叫物質波,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射線的衍射現象并不能證實物質波理論的正確性,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,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出衍射圖樣,即大量電子的行為表現出電子的波動性,干涉、衍射是波的特有現象,只

16、要是波,都會發(fā)生干涉、衍射現象,故選項D錯誤。,,【補償訓練】(多選)根據物質波理論,以下說法中正確的是()A.微觀粒子有波動性,宏觀物體沒有波動性B.宏觀物體和微觀粒子都具有波動性C.宏觀物體的波動性不易被人觀察到是因為它的波長太長D.速度相同的質子和電子相比,電子的波動性更為明顯,,【解析】選B、D。一切運動的物體都有一種物質波與它對應,所以宏觀物體和微觀粒子都具有波動性,A選項錯誤,B選項正確。宏觀物體的物質波波長很短,不易觀察到它的波動性,所以C選項錯誤。速度相同的質子與電子相比,電子質量小,物質波波長更長,所以電子波動性更明顯,所以D選項正確。,,【通法悟道】分析物質波的關鍵物質一方面有粒子性,另一方面又具有波動性,粒子性和波動性形成了完美的整體,其中把物質的粒子性和波動性聯系到一起的是普朗克常量h,所以物質波分析的關鍵是該常量h。,【課堂小結】,