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1、3 粒子的波动性,一、光的波粒二象性 (1)19世纪初托马斯杨、菲涅耳、马吕斯等分别观察 到了光的_、_和偏振现象。 (2)19世纪60年代和80年代,麦克斯韦和赫兹先后从理 论上和实验上确认了光的_本质。 (3)光电效应和康普顿效应揭示了光的_。,干涉,衍射,电磁波,粒子性,(4),波动性,衍射,粒子性,光电效应,波动性,粒子性,波粒,二象性,(5)光子的能量和动量: 能量:=_。 动量:p=_。 (6)意义:能量和动量p是描述物质的_性的重要 物理量;波长和频率是描述物质的_性的典型 物理量。因此=_和p=_揭示了光的粒子性和波 动性之间的密切关系。,h,粒子,波动,h,二、粒子的波动性:

2、 1.德布罗意波:每一个_的粒子都与一个对应的波 相联系,这种与_相联系的波称为德布罗意波, 也叫_。 2.物质波的波长:=_。 3.物质波的频率:=_。,运动,实物粒子,物质波,三、物质波的实验验证: 1.实验探究思路:_、衍射是波特有的现象,如果实 物粒子具有波动性,则在一定条件下,也应该发生_ 或衍射现象。 2.实验验证:1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了 _衍射的实验,得到了_的衍射图样,证实了 _的波动性。,干涉,干涉,电子束,电子,电子,3.说明:人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的 _,对于这些粒子,德布罗意给出的= 和= 关系同样正确。,波动性,【预习诊断】 1.(1

3、)光的干涉、洐射、偏振现象说明光具有波动性。 ( ) (2)光具有粒子性,但光子又不同于宏观观念的粒子。 ( ) (3)一切宏观物体都伴随一种波,即物质波。( ) (4)湖面上的水波就是物质波。( ),(5)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性。 ( ),提示:(1)。光的干涉、洐射、偏振现象是波动特有的现象。 (2)。光具有粒子性,但光子又不同于宏观观念的粒子,具有波粒二象性。 (3)。一切宏观物体都具有波动性,不是伴随波。 (4)。水波与物质波是不同的。 (5)。衍射现象是波所特有的现象,可以证明波动性。,2.已知某单色光的波长为,在真空中光速为c,普朗克 常量为h,则电磁辐射的能量子的

4、值为( ) A.h B. C. D.以上均不正确,【解析】选A。根据爱因斯坦光子说,1个光子的能量 E=h,其中为光子的频率,而光速c=,故一个光 子的能量E=h ,故A正确,B、C、D错误;故选A。,3.关于物质波,下列说法正确的是( ) A.物质波就是光波 B.声波是物质波 C.动量越大的粒子波动性越明显 D.德布罗意首先提出了物质波的假说,【解析】选D。物质波是物质具有的一种波动现象,不 是专指光波,故A错误;物质波是与实物粒子相联系的波, 光本身就是一种物质,而声波是靠其他物质传播,本身 不是一种物质,故B错误;由= 可知,动量越大,则粒 子的波长越短,波动性越不显著,故C错误;德布罗

5、意在 爱因斯坦光子说的基础上提出物质波的假说,认为一切 运动物体都具有波动性,故D正确。故选D。,4.说明光具有波动性的现象是( ) A.光电效应 B.光的反射 C.光的衍射 D.康普顿效应,【解析】选C。光电效应说明光的能量是一份一份的,即说明光具有粒子性,故A错误;光的反射不能说明光的本性是波,也不能说明光的本性是粒子,故B错误;衍射是波特有的现象,光的衍射说明光具有波动性,故C正确;康普顿效应说明光子具有动量,证明了光具有粒子性,故D错误。故选C。,知识点一 光的波粒二象性 探究导入: (1)光的本性是什么? (2)什么物理量架起了粒子性与波动性之间的桥梁?,提示:(1)光既具有波动性,

6、又具有粒子性,即光具有波粒二象性。 (2)普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁。,【归纳总结】 1.对光的本性认识史: 人类对光的认识经历了漫长的历程,从牛顿的光的微粒说、托马斯杨和菲涅耳的波动说,从麦克斯韦的光的电磁说到爱因斯坦的光子说。直到二十世纪初,对于光的本性的认识才提升到一个更高层次,即光具有波粒二象性。对于光的本性认识史,列表如下:,2.对光的波粒二象性的理解:,【易错提醒】 光子说并不否认光的电磁说 (1)按光子说,光子的能量=h,其中表示光的频率,即表示光波的特征。 (2)从光子说或电磁说推导光子的动量以及光速都能得到一致的结论。,【典例探究】 考查角度1 对光的本性认识

7、史 【典例1】对光的本性的认识,17世纪才明确地形成了两种学说,一种是_主张的微粒说,另一种是_提出的波动说。19世纪60年代,_提出了光的电磁说。20世纪初_提出了光子说。现在人们认识到光既具有波动性,又具有粒子性。,【解析】对光的本性的认识,17世纪才明确地形成了两种学说,一种是牛顿主张的微粒说,另一种是惠更斯提出的波动说。19世纪60年代,麦克斯韦提出了光的电磁说。20世纪初爱因斯坦提出了光子说。现在人们认识到光既具有波动性,又具有粒子性。 答案:牛顿 惠更斯 麦克斯韦 爱因斯坦,考查角度2 对光的波粒二象性的理解 【典例2】(2018邯郸高二检测)下面关于光的波粒二象性的说法中,不正确

8、的是( ) A.大量光子产生的效果往往显示出波动性,个别光子产生的效果往往显示出粒子性 B.频率越大的光其粒子性越显著,频率越小的光其波动性越显著,C.光在传播时往往表现出波动性,光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性 D.光不可能同时既具有波动性,又具有粒子性,【解析】选D。光既具有粒子性,又具有波动性,大量的光子波动性比较明显,个别光子的粒子性比较明显,故A正确;在光的波粒二象性中,频率越大的光其粒子性越显著,频率越小的光其波动性越显著,故B正确;光在传播时往往表现出波动性,光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性,故C正确;光的波粒二象性是指光有时表现为波动性,有时表现为粒子性,二者是统一的,

9、故D错误。故选D。,【过关训练】 1.对于光的波粒二象性的说法,正确的是( ) A.一束传播的光,有的光是波,有的光是粒子 B.光波与机械波是同样的一种波 C.光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的 D.光是一种波,同时也是一种粒子,光子说并未否定电磁说,在光子能量=h中,频率仍表示的是波的特性,【解析】选D。光是一种波,同时也是一种粒子,光具有波粒二象性,当光和物质作用时,是“一份一份”的,表现出粒子性;单个光子通过双缝后在空间各点出现的可能性可以用波动规律描述,表现出波动性。粒子性和波动性是光子本身的一种属性,光子说并未否定电磁说。,2.关于光的本性,下列说法中正确的是( ) A.关于光

10、的本性,牛顿提出“微粒说”,惠更斯提出“波动说”,爱因斯坦提出“光子说”,它们都说明了光的本性 B.光具有波粒二象性是指:既可以把光看成宏观概念上的波,也可以看成微观概念上的粒子,C.光在传播时往往表现出波动性,光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性 D.光的波粒二象性是将牛顿的粒子说和惠更斯的波动说真正有机地统一起来,【解析】选C。光的波动性指大量光子在空间各点出现 的可能性的大小可以用波动规律来描述,不是惠更斯的 波动说中宏观意义下的机械波,光的粒子性是指光的能 量是一份一份的,每一份是一个光子,不是牛顿微粒说 中的经典微粒。某现象说明光具有波动性,是指波动理 论能解释这一现象。某现象说明光

11、具有粒子性,是指能 用粒子说解释这个现象。要区分说法和物理史实与波,粒二象性之间的关系。光在传播时容易表现出波动性,与物质发生作用时易表现出粒子性。C正确,A、B、D错误。,【补偿训练】 (多选)关于光的波动性与粒子性,以下说法正确的是 ( ) A.爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说 B.光电效应现象说明了光的粒子性 C.光波不同于机械波,它是一种概率波 D.光的波动性和粒子性是相互矛盾的,无法统一,【解析】选B、C。爱因斯坦的光子说并没有否定电磁说,只是在一定条件下光是体现粒子性的,A错;光电效应说明光具有粒子性,说明光的能量是一份一份的,B对;光子在少量的情况下体现粒子性,大量的情况下体现波

12、动性,所以C对;光的波动性和粒子性不是孤立的,而是有机的统一体,D错。,知识点二 对物质波的理解和应用 探究导入: 德布罗意认为任何运动着的物体均有波动性,可是我们观察运动着的汽车,并未感觉到它的波动性。你如何理解该问题,谈谈自己的认识。,提示:波粒二象性是微观粒子的特殊规律,一切微观粒子都存在波动性,宏观物体(汽车)也存在波动性,只是因为宏观物体质量大,动量大,波长短,难以观测,而微观粒子如电子、质子、中子以及原子、分子的波动性为宏观物体具有波动性奠定了事实基础。,【归纳总结】 1.任何物体,小到电子、质子,大到行星、太阳都存在波动性,我们之所以观察不到宏观物体的波动性,是因为宏观物体对应的

13、波长太小。,2.德布罗意假说是光的波粒二象性的一种推广,使之包括了所有的物质粒子,即光子与实物粒子都具有粒子性,又都具有波动性,与光子对应的波是电磁波,与实物粒子对应的波是物质波。,3.1927年戴维孙和GP汤姆孙分别利用晶体做了电 子束衍射的实验,证实了电子的波动性。后来通过实验 陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性,对于 这些粒子,=h和p= 同样成立。,【典例探究】 考查角度1 物质波波长的计算 【典例1】质量为10g、速度为300 m/s在空中飞行的子弹,其德布罗意波长是多少?为什么我们无法观察出其波动性?,【解题探究】 (1)如何计算德布罗意波的波长? 提示:先求出子弹的动量,

14、根据德布罗意波长公式=计算波长。,(2)波长较短的波与波长较长的波哪种波动性显著? 提示:波长越长的波,波动性越显著。,【解析】根据德布罗意的观点,任何运动着的物体都有 一种波和它对应,飞行的子弹必有一种波与之对应。 子弹的动量为p=mv=1010-3300kgm/s=3 kgm/s 子弹的德布罗意波长为 = =2.2110-34m 由于子弹的德布罗意波长极短,故无法观察到其波动 性。,答案:2.2110-34m 由于子弹的德布罗意波长极短,无法观察到其波动性,考查角度2 物质波的应用 【典例2】(2018泰州高二检测)在中子衍射技术中,常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶

15、体中原子间距相近。已知中子质量m=1.67 10-27kg,普朗克常量h=6.6310-34Js,可以估算德布罗意波长=1.8210-10m的热中子动能的数量级为 ( ),A.10-17J B.10-19J C.10-21J D.10-24J,【解析】选C。由德布罗意波长公式= 而p=mv,则 v= =2.18103m/s E= 1.6710-27(2.18103)2J=3.97 10-21J 因此热中子的动能的数量级为10-21J,故选C。,【过关训练】 1.在历史上,最早证明了德布罗意波存在的实验是 ( ) A.弱光衍射实验 B.电子束在晶体上的衍射实验 C.弱光干涉实验 D.X射线的衍射

16、实验,【解析】选B。选项A、C证明了光的波动性,但最早证明了德布罗意波存在的实验是,电子束在晶体上的衍射实验,选项B正确。由于X射线本身就是一种波,而不是实物粒子,故X射线的衍射实验不能证明德布罗意波的存在,D错误。,2.(2018武威高二检测)关于物质波,以下观点不正确的是( ) A.只要是运动着的物体,不论是宏观物体还是微观粒子,都有相应的波与之对应,这就是物质波 B.只有运动着的微观粒子才有物质波,对于宏观物体,不论其是否运动,都没有相对应的物质波,C.由于宏观物体的德布罗意波长太小,所以无法观察到它们的波动性 D.电子束照射到金属晶体上得到了电子束的衍射图样,从而证实了德布罗意的假设是

17、正确的,【解析】选B。只要是运动着的物体,不论是宏观物体还是微观粒子,都有相应的波与之对应,这就是物质波,故A正确,B错误;由于宏观物体的德布罗意波长太小,所以无法观察到它们的波动性,故C正确;电子束照射到金属晶体上得到了电子束的衍射图样,从而证实了德布罗意的假设是正确的,故D正确。本题选择不正确的,故选B。,【补偿训练】 (2018宜春高二检测)利用金属晶格(大小约10-10m)作为障碍物观察电子的衍射图样,方法是让电子通过电场加速,然后让电子束照射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m、电量为e、初速度为零,加速电压为U,普朗克常量为h,则下列说法中正确的是( ),A.物质

18、波和电磁波一样,在真空中的传播速度为光速c B.实验中电子束的德布罗意波长为= C.加速电压U越大,电子的德布罗意波长越大 D.若用相同动能的质子代替电子,德布罗意波长越大,【解析】选B。物质波是物质表现的一个方面,不存在 传播的速度问题,故A错误;由动能定理可得,eU= mv2 -0,电子加速后的速度v= ,电子德布罗意波的波长 = ,故B正确;由电子的德布罗意波长公式=可知,加速电压U越大,波长越短,故C错误;由=,质子的质量较大,所以其物质波波长较短,故D 错误。故选B。,【拓展例题】考查内容:微观粒子与宏观物体的德布罗意波长的求解 【典例示范】如果一个中子和一个质量为104kg的火箭都以103m/s的速度运动,则它们的德布罗意波的波长分别是多长?(中子的质量为1.6710-27kg),【解析】中子的动量为: p1=m1v, 火箭的动量为: p2=m2v, 据= 知中子和火箭的德布罗意波长分别为:联立以上各式解得:,将m1=1.6710-27kg, v=1103m/s, h=6.6310-34Js,m2=104kg 代入上面两式可解得: 1=4.010-10m,2=6.6310-41m。 答案:4.010-10m 6.6310-41m,