人教版選修35 粒子的波動性 第1課時 教案.doc_第1頁
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文檔簡介

17.3粒子的波動性【教學(xué)目標(biāo)】(一)知識與技能1通過實驗了解光電效應(yīng)的實驗規(guī)律。2知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。3了解康普頓效應(yīng),了解光子的動量(二)過程與方法經(jīng)歷科學(xué)探究過程,認(rèn)識科學(xué)探究的意義,嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題,驗證物理規(guī)律。(三)情感、態(tài)度與價值觀領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧,發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲,樂于探究自然界的奧秘,能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。【教學(xué)重點】光電效應(yīng)的實驗規(guī)律【教學(xué)難點】愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義【教學(xué)過程】(一)引入新課提問:回顧前面的學(xué)習(xí),總結(jié)人類對光的本性的認(rèn)識的發(fā)展過程?(多媒體投影,見課件。)教師講述:光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光是電磁波,光的偏振現(xiàn)象進(jìn)一步說明光還是橫波。19世紀(jì)60年代,麥克斯韋又從理論上確定了光的電磁波本質(zhì)。然而,出人意料的是,正當(dāng)人們以為光的波動理論似乎非常完美的時候,又發(fā)現(xiàn)了用波動說無法解釋的新現(xiàn)象光電效應(yīng)現(xiàn)象。對這一現(xiàn)象及其他相關(guān)問題的研究,使得人們對光的又一本質(zhì)性認(rèn)識得到了發(fā)展。(二)進(jìn)行新課知識點一:光的波粒二象性1.光的波粒二象性:光既具有波動性,又具有粒子性。2.光子的能量:=hv3.光子的動量:p=h/注意:物理量和p描述光的粒子性,物理量v和描述光的波動性,h架起了粒子性與波動性的橋梁。知識點二:粒子的波動性1.德布羅意波:任何一個運動著的物體,小到電子、質(zhì)子,大到行星、太陽,都有一種波與它對應(yīng),這種與實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波,也稱物質(zhì)波。2.波的頻率:v=/h波的波長:=h/p說明:為粒子的能量,p為粒子的動量知識點三:物質(zhì)波的實驗驗證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驗,得到了類似下圖的衍射圖樣,從而證實了電子波動性。他們?yōu)榇双@得了1973年的諾貝爾物理學(xué)獎。拓展點一:光的波粒二象性的理解1.光本性學(xué)說的發(fā)展簡史2.光的波粒二象性的理解拓展點二:對物體波的理解 1我們平時所看到的宏觀物體運動時,我們看不見它們的波動性,但也有一個波長與之對應(yīng),例如飛行子彈的波長約為10nm,這個波長實在是太小了。 2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;宏觀物體也存在波動性,只是波長太小,難以觀測。 3對于光,先有波動圖象(即v和入),其后在量子理論中引入光子的能量和動量p來補充它的粒子性。反之,對于實物粒子,則先有粒子概念(即和p),再引用德布羅意波(即v和)的概念來補充它的波動性。不過要注意這里所謂波動性和粒子性,實際上仍然都是經(jīng)典物理學(xué)的概念,所謂補充僅是形式上的。 綜上所述,德布羅意的推想基本上是愛因斯坦于1905年關(guān)于光子的波粒二象性理論(光粒子由波伴隨著)的一種推廣,使之包括了所有的物質(zhì)微觀粒子。問題一 對光的波粒二象性的理解 下列有關(guān)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光于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大量光予的行為往往顯示出粒子性解析 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,但電子是實物粒子,有靜止質(zhì)量,光子不是實物粒子,沒有靜止質(zhì)量,電子是以實物形式存在的物質(zhì),光子是以場形式存在的物質(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驗表明,大量光子的行為表現(xiàn)出波動性,個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性。光的波長越長,衍射性越好,即波動性越顯著;光的波長越短,其光子能量越大,個別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應(yīng),所以其粒子性就很顯著,故選項c正確,a、b、d錯誤。答案 c點評 在宏觀現(xiàn)象中,波與粒于是對立的概念,而在微觀世界中,波與粒子可以統(tǒng)一,微觀世界的某些屬性與宏觀世界不同。光既不是宏觀觀念的波,也不是宏觀觀念的粒子,光具有波粒二象性是指光在傳播過程中和同物質(zhì)作用時分別表現(xiàn)出波動和粒子的特性。 2 關(guān)于物質(zhì)波,下列認(rèn)識中錯誤的是 ( ) a任何運動的物體(質(zhì)點)都伴隨一種波,這種波叫物質(zhì)波 bx射線的衍射實驗,證實了物質(zhì)波假設(shè)是正確的 c電子的衍射實驗,證實了物質(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 解析 據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論知,任何一個運動的物體,小到電子、質(zhì)子,大到行星、太陽,都有一種波與之相對應(yīng),這種波就叫物質(zhì)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(xiàn)象,并不能證實物質(zhì)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(xiàn)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(xiàn)出衍射圖樣,即大量電子的行為表現(xiàn)出電子的波動性,干涉、衍射是波的特有現(xiàn)象,只要是波,都會發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象,故選項d錯誤。綜合以上分析知,本題應(yīng)選b、d。 答案 bd 點評 (1)物質(zhì)波理論上是說任何一個運動的物體(如實物粒子等)都具有波動性,即其行為服從波動規(guī)律。 (2)物質(zhì)波理論告訴我們,任何微觀粒子都既具有粒子性又具有波動性,即與光一樣,也具有波粒二象性。波粒二象性是光子、電子、質(zhì)子等微觀粒子都具有的基本屬性。 問題二 物質(zhì)波的理解 3 下列說法中正確的是 ( ) a。光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動性 b光的頻率越大,波長越長 c光的波長越大,光予的能量越大 d。光在真空中的傳播速度為300x108ms解析 光既具有波動性又具有粒子性,a正確。由v=f知b錯。 由愛因斯坦光子理論=hv,v=f知波長越長,光頻率越小,光子能量越小,c錯。任何光在真空中傳播速度均為3x108ms,d正確。答案 ad 4 以下說法正確的是 ( )a。物體都具有波動性b抖動細(xì)繩一端,繩上的波就是物質(zhì)波c通常情況下,質(zhì)子比電子的波長長d核外電子繞核運動時,并沒有確定的軌道解析 任何物體都具有波動性,故a對,對宏觀物體而言,其波動性難以觀測,我們所看到的繩波是機(jī)械波,不是物質(zhì)波,故b錯。電子的動量往往比質(zhì)子的動量小,由=h/p知,電子的波長長,故c錯。核外電子繞核運動的規(guī)律是概率問題,無確定的軌道,故d對。 答案 ad問題三 德布羅意波長的計算5 如果一個中子和一個質(zhì)量為10 g的子彈都以103ms的速度運動,則它們的德布羅意波的波長分別是多長?(中子的質(zhì)量為167x1027kg) 解析 本題考查德布羅意波長的計算。任何物體的運動都對應(yīng)著一個波長,根據(jù)公式=h/p不難求得結(jié)果。 答案 中子的動量為p1=mv1,子彈的動量為p2=m2v,據(jù)=h/p知中子和子彈的德布羅意波長分別為1=h/p1=4x10-10m,2=h/p2=6.63x10-35m 點評 計算時必須將各物理量統(tǒng)一采用國際單位。 6 質(zhì)量為60kg的運動員,百米賽跑的成績?yōu)?0s,試估算運動員的德布羅意波的波長。 解析 因為是估算題,可認(rèn)為運動員勻速運動,速度v=10ms。 由公式=h/p知運動員的德布羅意波波長 =h/p=11 x1036mo 答案 11 x1036m問題四 物質(zhì)波的應(yīng)用 7 為了觀察晶體的原子排列,采用了以下兩種方法: (1)用分辨率比光學(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)波的波長比原子尺寸小得多 b電子顯微鏡中電子束運動的速度應(yīng)很小 c要獲得晶體的x射線衍射圖樣,x射線波長要遠(yuǎn)小于原子的尺寸 d中子的物質(zhì)波的波長可以與原子尺寸相當(dāng) 解析 由題目所給信息“電子的物質(zhì)波波長很短,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)波的波長比原子尺寸小得多,a項正確;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射線的波長與原子尺寸相當(dāng),d項正確,c項錯。 答案 ac 8 太陽光垂直射到地面上時,1

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