高二物理選修3-5第十七章波粒二象性 第三節(jié) 粒子的波動性 學(xué)案學(xué)生版

1、.第十七章 波粒二象性第三節(jié) 粒子的波動性 學(xué)案班別 姓名 學(xué)號 一、自主預(yù)習(xí)一光的波粒二象性12光子的能量和動量：能量表達(dá)式=_，動量表達(dá)式_。3意義：能量和動量p是描繪物質(zhì)的_性的重要物理量；波長和頻率是描繪物質(zhì)的_性的典型物理量。因此=_和_提醒了光的粒子性和波動性之間的親密關(guān)系。二粒子的波動性及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1粒子的波動性德布羅意波：任何一種實(shí)物粒子都和一個(gè)_相對應(yīng)，這種波被稱為德布羅意波，也叫_。2物質(zhì)波的波長和頻率：波長公式=，頻率公式 =。2物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1實(shí)驗(yàn)探究思路：_、衍射是波特有的現(xiàn)象，假如實(shí)物粒子具有波動性，那么在一定條件下，也應(yīng)該發(fā)生_或衍射現(xiàn)象。2實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：1927年戴

2、維孫和G.P.湯姆孫分別利用晶體做了_衍射的實(shí)驗(yàn)，得到了_的衍射圖樣，證實(shí)了_的波動性。3說明：人們陸續(xù)證實(shí)了質(zhì)子、中子以及原子、分子的_，對于這些粒子，德布羅意給出的=和 =關(guān)系同樣正確。宏觀物體的質(zhì)量比微觀粒子的質(zhì)量大得多，宏觀物體運(yùn)動時(shí)的動量很大，對應(yīng)的德布羅意波的波長很_，根本無法觀察到它的波動性。二、課堂打破一人類對光的本性的研究1對光的本性認(rèn)識史人類對光的認(rèn)識經(jīng)歷了漫長的歷程，從牛頓的光的微粒說到托馬斯·楊和菲涅耳的波動說，從麥克斯韋的光的電磁說到愛因斯坦的光子說。直到20世紀(jì)初，對于光的本性的認(rèn)識才提升到一個(gè)更高層次，即光具有波粒二象性。對于光的本性認(rèn)識史，列表如下：學(xué)

3、說名稱微粒說波動說電磁說光子說波粒二象性代表人物牛頓惠更斯麥克斯韋愛因斯坦實(shí)驗(yàn)根據(jù)光的直線傳播、光的反射光的干預(yù)、衍射能在真空中傳播，是橫波，光速等于電磁波的速度光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光既有波動現(xiàn)象，又有粒子特征內(nèi)容要點(diǎn)光是一群彈性粒子光是一種機(jī)械波光是一種電磁波光是由一份一份光子組成的光是具有電磁本性的物質(zhì)，既有波動性又有粒子性理論領(lǐng)域宏觀世界宏觀世界微觀世界微觀世界微觀世界2對光的波粒二象性的理解 實(shí)驗(yàn)根底表現(xiàn)說明光的波動性干預(yù)和衍射1光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小可用波動規(guī)律來描繪。2足夠能量的光在傳播時(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì)1光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間互相作用產(chǎn)生的。2光的波

4、動性不同于宏觀觀念的波光的粒子性光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)1當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，這種作用是“一份一份進(jìn)展的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)。2少量或個(gè)別光子容易顯示出光的粒子性1粒子的含義是“不連續(xù)“一份一份的。2光子不同于宏觀觀念的粒子【例題1】有關(guān)光的本性，以下說法正確的選項(xiàng)是 A光既具有波動性，又具有粒子性，兩種性質(zhì)是不相容的B光的波動性類似于機(jī)械波，光的粒子性類似于質(zhì)點(diǎn)C大量光子才具有波動性，個(gè)別光子只具有粒子性D由于光既具有波動性，又具有粒子性，無法只用其中一種去說明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性二對物質(zhì)波的理解德布羅意認(rèn)為任何運(yùn)動著的物體均有波動性，可是我們觀察運(yùn)動著的汽車，并未感覺到它的波

5、動性。你如何理解該問題，談?wù)勛约旱恼J(rèn)識。1任何物體，小到電子、質(zhì)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?yàn)楹暧^物體對應(yīng)的波長太小的緣故。2粒子在空間各處出現(xiàn)的幾率受統(tǒng)計(jì)規(guī)律支配，不要以宏觀觀念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(zhì)粒子，即光子與實(shí)物粒子都具有粒子性，又都具有波動性，與光子對應(yīng)的波是電磁波，與實(shí)物粒子對應(yīng)的波是物質(zhì)波。4求解物質(zhì)波波長的方法1根據(jù)條件，寫出宏觀物體或微觀粒子動量的表達(dá)式p=mv。2根據(jù)波長公式求解。3注意區(qū)分光子和微觀粒子的能量和動量的不同表達(dá)式。如光子的能量=h，動量；微觀粒子的動

6、能，動量p=mv。4一般宏觀物體物質(zhì)波的波長很短，波動性很不明顯，難以觀察到其衍射現(xiàn)象，如只有利用金屬晶格中的狹縫才能觀察到電子的衍射圖樣?！纠}2】假如一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)量為10 g的子彈都以103 m/s的速度運(yùn)動，那么它們的德布羅意波的波長分別是多少?中子的質(zhì)量為1.67×1027 kg，h=6.63×1034 J·s三、穩(wěn)固訓(xùn)練1多項(xiàng)選擇關(guān)于光的波粒二象性的理解正確的選項(xiàng)是 A大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性B光在傳播時(shí)是波，而與物質(zhì)互相作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子C高頻光是粒子，低頻光是波D波粒二象性是光的根本屬性，有時(shí)它的波動性顯著，

7、有時(shí)它的粒子性顯著2多項(xiàng)選擇關(guān)于物質(zhì)波，以下說法錯(cuò)誤的選項(xiàng)是 A任何運(yùn)動的物體質(zhì)點(diǎn)都伴隨一種波，這種波叫物質(zhì)波BX射線的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的C電子的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的D宏觀物體盡管可以看作物質(zhì)波，但它們不具有干預(yù)、衍射等現(xiàn)象3以下說法正確的選項(xiàng)是 A物質(zhì)波屬于機(jī)械波B只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀粒子才具有波動性C德布羅意認(rèn)為，任何一個(gè)運(yùn)動著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽都具有一種波和它對應(yīng)，這種波叫做物質(zhì)波D宏觀物體運(yùn)動時(shí)，看不到它的衍射或干預(yù)現(xiàn)象，所以宏觀物體運(yùn)動時(shí)不具有波動性4在中子衍射技術(shù)中，常利用熱中子研究晶體的構(gòu)造，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波長與

8、晶體中原子間距相近，中子質(zhì)量m=1.67×1027 kg，普朗克常量h=6.63×1034 J·s，可以估算出德布羅意波長=1.82×1010 m的熱中子的動量的數(shù)量級可能是 A1017 kg·m/s B1018 kg·m/sC1020 kg·m/s D1024 kg·m/s5多項(xiàng)選擇人類對光的本性的認(rèn)識經(jīng)歷了曲折的過程。以下關(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光的雙縫干預(yù)實(shí)驗(yàn)顯示了光具有波動性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6多項(xiàng)選擇關(guān)

9、于光的波粒二象性，以下說法正確的選項(xiàng)是 A光的頻率越高，光的能量越大，粒子性越明顯B光的波長越長，光的能量越小，波動性越明顯C頻率高的光只具有粒子性，不具有波動性D無線電波只具有波動性，不具有粒子性7電子顯微鏡的最高分辨率高達(dá)0.2 nm，假如有人制造出質(zhì)子顯微鏡，在加速到一樣的速度情況下，質(zhì)子顯微鏡的最高分辨率將 A小于0.2 nm B大于0.2 nmC等于0.2 nm D以上說法均不正確8多項(xiàng)選擇以下說法正確的選項(xiàng)是 A光的干預(yù)和衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說明光具有粒子性，所以我們可以說光具有波粒二象性B一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子具有一樣的動能時(shí)，因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量比質(zhì)子的小，所以

10、電子的動量就小C一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子具有一樣的動能時(shí)，電子的德布羅意波長比質(zhì)子的小D一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子具有一樣的動能時(shí)，電子的德布羅意波長比質(zhì)子的大9多項(xiàng)選擇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。那么以下分析中正確的選項(xiàng)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(yùn)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)10多項(xiàng)選擇下表列出了幾種不同物體在某種速度下的德布羅意波長和頻率為1 MHz的無線電波的波長，由表中數(shù)據(jù)可知 質(zhì)量/kg速度/m·s1波長/m彈子球2.0×1021.0×1023.3×1030電子100 eV9.1×10315.0×1061.2×1010無線電波1 MHz3.0×1083.3×102A要檢測彈子球的波動性幾乎不可能B無線電波通常情況下只能表現(xiàn)出波動性C電子照射到金屬晶體上能觀察到它的波動性D只有可見光才有波動性11X射線是一種高頻電磁波，假設(shè)X射線在真空中的波