2018-2019学年人教版选修3-5-17.3-粒子的波动性-课件(62张)

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:①能量:ε=____。②动量:p=__。(6)意义:能量ε和动量p是描述物质的_____性的重要物理量;波长λ和频率ν是描述物质的_____性的典型物理量。因此ε=____和p=___揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系。hνh粒子波动hνh二、粒子的波动性: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:λ=___。3.物质波的频率:ν=___。运动实物粒子物质波hph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ν=和λ=关系同样正确。波动性hph【预习诊断】1.(1)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λ,在真空中光速为c,普朗克常量为h,则电磁辐射的能量子ε的值为()A.hB.C.D.以上均不正确hcch【解析】选A。根据爱因斯坦光子说,1个光子的能量E=hν,其中ν为光子的频率,而光速c=λν,故一个光子的能量E=h,故A正确,B、C、D错误;故选A。c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λ=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。hp4.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,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:学说名称微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性代表人物牛顿惠更斯麦克斯韦爱因斯坦实验依据光的直线传播、光的反射光的干涉、衍射能在真空中传播,是横波,光速等于电磁波的速度光电效应、康普顿效应光既有波动现象,又有粒子特征学说名称微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性内容要点光是一群弹性粒子光是一种机械波光是一种电磁波光是由一份一份光子组成的光是具有电磁本性的物质,既有波动性又有粒子性2.对光的波粒二象性的理解:实验基础表现说明光的波动性干涉和衍射(1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述。(2)足够能量的光在传播时,表现出波的性质。(1)光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间相互作用产生的。(2)光的波动性不同于宏观观念的波。实验基础表现说明光的粒子性光电效应、康普顿效应(1)当光同物质发生作用时,这种作用是“一份一份”进行的,表现出粒子的性质。(2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性。(1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的。(2)光子不同于宏观观念的粒子。【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ε=hν,其中ν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,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ε=hν中,频率ν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G·P·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,ε=hν和p=同样成立。h【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300m/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,根据德布罗意波长公式λ=计算波长。hp(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=10×10-3×300kg·m/s=3kg·m/s子弹的德布罗意波长为λ==2.21×10-34m由于子弹的德布罗意波长极短,故无法观察到其波动性。34h6.6310mp3答案:2.21×10-34m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=6.63×10-34J·s,可以估算德布罗意波长λ=1.82×10-10m的热中子动能的数量级为()A.10-17JB.10-19JC.10-21JD.10-24J【解析】选C。由德布罗意波长公式λ=而p=mv,则v==2.18×103m/sE=×1.67×10-27×(2.18×103)2J=3.97×10-21J因此热中子的动能的数量级为10-21J,故选C。hhpp得341027h6.6310m/sm1.82101.6710211mv22【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