《2018-2019高中物理 第17章 波粒二象性 17.3 粒子的波動(dòng)性課件 新人教版選修3-5.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018-2019高中物理 第17章 波粒二象性 17.3 粒子的波動(dòng)性課件 新人教版選修3-5.ppt（54頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、3粒子的波動(dòng)性,【自主預(yù)習(xí)】1.光的本性:光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象表明光具有_____性,光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)表明光具有_____性,即光具有_________性。,波動(dòng),粒子,波粒二象,,2.光子的能量和動(dòng)量:(1)能量:ε=____。(2)動(dòng)量:p=。,hν,,(3)意義:能量ε和動(dòng)量p是描述物質(zhì)的_____性的重要物理量;波長(zhǎng)λ和頻率ν是描述物質(zhì)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(guān)系。,粒子,波動(dòng),粒子,波動(dòng),,3.粒子的波動(dòng)性:(1)德布羅意波:任何一個(gè)_______的物體,都有一種波與它相對(duì)應(yīng),這種波叫_______,也稱為德
2、布羅意波。(2)物質(zhì)波的波長(zhǎng)、頻率關(guān)系式:λ=,ν=。,運(yùn)動(dòng)著,物質(zhì)波,,(3)實(shí)驗(yàn)探究思路:_____、_____是波特有的現(xiàn)象,如果實(shí)物粒子具有波動(dòng)性,則在一定條件下,也應(yīng)該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象。(4)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了___________的實(shí)驗(yàn),得到了電子的_________,證實(shí)了運(yùn)動(dòng)著的電子具有_______。,干涉,衍射,電子束衍射,衍射圖樣,波動(dòng)性,,【預(yù)習(xí)小測(cè)】1.(多選)下列現(xiàn)象中說(shuō)明光具有波動(dòng)性的是()A.光電效應(yīng)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(xiàn)象,說(shuō)明光是一種波,因?yàn)楦缮婧脱苌涫遣ㄌ赜械默F(xiàn)象,故B、
3、C正確。,,2.下列說(shuō)法中正確的是()A.質(zhì)量大的物體,其德布羅意波長(zhǎng)較短B.速度大的物體,其德布羅意波長(zhǎng)較短C.動(dòng)量大的物體,其德布羅意波長(zhǎng)較短D.動(dòng)能大的物體,其德布羅意波長(zhǎng)較短,,【解析】選C。根據(jù)公式λ=可以判斷動(dòng)量大的物體德布羅意波長(zhǎng)較短,故C正確。,3.下列說(shuō)法中正確的是()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(dòng)性C.德布羅意認(rèn)為,任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體,小到電子、質(zhì)子,大到行星、太陽(yáng),都有一種波和它對(duì)應(yīng),這種波叫物質(zhì)波D.宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí),看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象,所以宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)不具有波動(dòng)性,,【解析】選C。物質(zhì)波是一切運(yùn)動(dòng)著的物體所具有的波,與機(jī)
4、械波性質(zhì)不同,宏觀物體也具有波動(dòng)性,只是干涉、衍射現(xiàn)象不明顯而已,故只有C對(duì)。,主題一光的波粒二象性【互動(dòng)探究】1.波的兩個(gè)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(dòng)性的兩個(gè)實(shí)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(dòng)性與機(jī)械波有何本質(zhì)區(qū)別?提示:光雖然具有波動(dòng)性,但又具有粒子性,這與機(jī)械波有著本質(zhì)的不同,如傳播問(wèn)題,光可以在真空中傳播,且速度比在介質(zhì)中大,而機(jī)械波只能借助介質(zhì)傳播,在真空中不能傳播。,,4.什么現(xiàn)象能說(shuō)明光具有粒子性?提示:光電效應(yīng)現(xiàn)象以及康普頓效應(yīng)現(xiàn)象均說(shuō)明光具有粒子性。,,5.描述光的性質(zhì)的基本關(guān)系式ε=hν和p=中,光的
5、波粒二象性是怎樣聯(lián)系在一起的?,,提示:描述光的性質(zhì)的基本關(guān)系式ε=hν和p=中能量ε和動(dòng)量p是描述物質(zhì)的粒子性的重要物理量;頻率ν和波長(zhǎng)λ是描述物質(zhì)波動(dòng)性的典型物理量。兩式左側(cè)的物理量ε和p描述光的粒子性,右側(cè)的物理量ν和λ描述光的波動(dòng)性,它們通過(guò)普朗克常量h聯(lián)系在一起。,【探究總結(jié)】1.光的波粒二象性的比較:,,2.光的粒子性和波動(dòng)性的統(tǒng)一性:(1)光的粒子性并不否定光的波動(dòng)性,光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,波動(dòng)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(xiàn)不同。,,(2)光子的能量與其對(duì)應(yīng)的頻率成正比,而頻率是波動(dòng)性特有的物理量,因此E=hν,揭示了光的粒子性和波動(dòng)性之間的密切聯(lián)
6、系。光的粒子性和波動(dòng)性組成一個(gè)有機(jī)的統(tǒng)一體,相互間并不獨(dú)立存在。,,【典例示范】下列有關(guān)光的波粒二象性的說(shuō)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(zhǎng)越長(zhǎng),其波動(dòng)性越顯著;波長(zhǎng)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(xiàn)象中,波與粒子是對(duì)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(guò)程中和其他物質(zhì)作用時(shí)分別表現(xiàn)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(xiàn)出波動(dòng)性,有些行為(如光電效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性,所以,不能說(shuō)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(shí)物粒子,有靜止質(zhì)量,光子不是實(shí)物粒子,沒(méi)有靜止質(zhì)量,電子是以實(shí)物形式存在的物質(zhì),光子是以場(chǎng)形式存在的物質(zhì),所以,不能說(shuō)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(shí)驗(yàn)表明,大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性,個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性。光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),衍射性越好,即波動(dòng)性越顯著,光的波長(zhǎng)越短,其光子能量越大,個(gè)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C正確,A、B、D錯(cuò)誤。,【探究訓(xùn)練】1.(多選)(2018威海高二檢測(cè))人類(lèi)對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了曲折的過(guò)程。下列關(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
8、()A.牛頓的“微粒說(shuō)”與愛(ài)因斯坦的“光子說(shuō)”本質(zhì)上是一樣的B.光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)顯示了光具有波動(dòng)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,【解析】選B、C、D。牛頓的“微粒說(shuō)”認(rèn)為光是一種物質(zhì)微粒,愛(ài)因斯坦的“光子說(shuō)”認(rèn)為光是一份一份不連續(xù)的能量,顯然選項(xiàng)A錯(cuò);干涉、衍射是波的特性,光能發(fā)生干涉說(shuō)明光具有波動(dòng)性,選項(xiàng)B正確;麥克斯韋根據(jù)光的傳播不需要介質(zhì)以及電磁波在真空中的傳播速度與光速近似相等,從而認(rèn)為光是一種電磁波,后來(lái)赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光的電磁說(shuō),選項(xiàng)C正確;光具有波動(dòng)性與粒子性,稱為光的波粒二象性,選項(xiàng)D正確。,,2.(多選)對(duì)光的認(rèn)識(shí),以下說(shuō)法中正確的是()A.個(gè)別光子的
9、行為表現(xiàn)為粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性B.光的波動(dòng)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(xiàn)出波動(dòng)性時(shí),就不具有粒子性了,光表現(xiàn)出粒子性時(shí),就不具有波動(dòng)性了D.光的波粒二象性應(yīng)理解為在某種情景下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯,在另外某種情景下,光的粒子性表現(xiàn)明顯,,【解析】選A、B、D。個(gè)別光子的行為表現(xiàn)為粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性;光與物質(zhì)相互作用,表現(xiàn)為粒子性,光的傳播表現(xiàn)為波動(dòng)性,光的波動(dòng)性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性。因?yàn)椴▌?dòng)性表現(xiàn)為粒子分布概率,光的粒子性表現(xiàn)明顯時(shí)仍具有波動(dòng)性,因?yàn)榇罅苛Ｗ拥膫€(gè)別行為呈現(xiàn)出波動(dòng)規(guī)律,故正確選項(xiàng)有A、B、D。,,【補(bǔ)償訓(xùn)練】關(guān)于光
10、的本性,下列說(shuō)法中正確的是()A.光子說(shuō)并沒(méi)有否定光的電磁說(shuō)B.光電效應(yīng)現(xiàn)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(shuō)和惠更斯的波動(dòng)說(shuō)提出來(lái)的D.大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性,個(gè)別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動(dòng)性,,【解析】選A。光既有粒子性,又有波動(dòng)性,但這兩種特性并不是牛頓所支持的微粒說(shuō)和惠更斯提出的波動(dòng)說(shuō),它體現(xiàn)出的規(guī)律不再是宏觀粒子和機(jī)械波所表現(xiàn)出的規(guī)律,而是自身體現(xiàn)的一種微觀世界特有的規(guī)律。光子說(shuō)和電磁說(shuō)各自能解釋光特有的現(xiàn)象,兩者構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體,而微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)是相互對(duì)立的。,,【通法悟道】分析光具有波粒二象性問(wèn)題的兩個(gè)依據(jù)(1)分析光具有波動(dòng)性問(wèn)題的依據(jù)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(wèn)題的依據(jù)是光電效應(yīng)現(xiàn)象及康普頓效應(yīng)。,主題二粒子的波動(dòng)性物質(zhì)波【互動(dòng)探究】如圖是電子束通過(guò)鋁箔后的衍射圖樣,結(jié)合圖樣及課本內(nèi)容回答下列問(wèn)題:,(1)德布羅意提出“實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性”假設(shè)的理論基礎(chǔ)是什么?提示:普朗克能量子假說(shuō)和愛(ài)因斯坦光子理論。(2)電子束穿過(guò)鋁箔的衍射圖樣說(shuō)明了什么?提示:電子束具有波動(dòng)性。,,(3)德布羅意波長(zhǎng)與動(dòng)量的關(guān)系是怎樣的?提示:如果用動(dòng)量p來(lái)表征實(shí)物粒子的粒子性,用波長(zhǎng)λ來(lái)表征實(shí)物粒子的波動(dòng)性。那么,對(duì)光適用的關(guān)系式也適用于實(shí)物粒子,即:λ=,這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波后來(lái)稱為德布羅意波,也叫作物質(zhì)波。其中λ
12、是德布羅意波長(zhǎng),h是普朗克常量,p是相應(yīng)的實(shí)物粒子的動(dòng)量。,,(4)德布羅意認(rèn)為任何運(yùn)動(dòng)著的物體均有波動(dòng)性,可是我們觀察運(yùn)動(dòng)著的汽車(chē),并未感覺(jué)到它的波動(dòng)性。你如何理解該問(wèn)題,談?wù)勛约旱恼J(rèn)識(shí)。,,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(dòng)性,宏觀物體(汽車(chē))也存在波動(dòng)性,只是因?yàn)楹暧^物體質(zhì)量大,動(dòng)量大,波長(zhǎng)短,難以觀測(cè),而微觀粒子如電子、質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動(dòng)性為宏觀物體具有波動(dòng)性奠定了事實(shí)基礎(chǔ)。,,【探究總結(jié)】(1)任何物體,小到電子、質(zhì)子,大到行星、太陽(yáng)都存在波動(dòng)性,我們之所以觀察不到宏觀物體的波動(dòng)性,是因?yàn)楹暧^物體對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)太小。(2)物質(zhì)波是一種概率波,粒子在空
13、間各處出現(xiàn)的概率受波動(dòng)規(guī)律支配,不能以宏觀觀點(diǎn)中的波來(lái)理解德布羅意波。,,(3)德布羅意假說(shuō)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(dòng)性,與光子對(duì)應(yīng)的波是電磁波,與實(shí)物粒子對(duì)應(yīng)的波是物質(zhì)波。,【典例示范】(2018莆田高二檢測(cè))任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體,小到電子、質(zhì)子,大到行星、太陽(yáng),都有一種波與之對(duì)應(yīng),波長(zhǎng)是λ=,式中p是運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)量,h是普朗克常量,人們把這種波叫作德布羅意波。現(xiàn)有一個(gè)德布羅意波長(zhǎng)為λ1的物體1和一個(gè)德布羅意波長(zhǎng)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(zhǎng)為多少?,,【解
14、題指南】解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn):(1)物體1和物體2碰撞過(guò)程滿足動(dòng)量守恒。(2)德布羅意波長(zhǎng)λ與物體的動(dòng)量p、普朗克常量h之間的關(guān)系是λ=。,,【解析】由動(dòng)量守恒定律p2-p1=(m1+m2)v及p=,得,所以λ=。答案:,,【探究訓(xùn)練】1.(多選)(2018金華高二檢測(cè))頻率為ν的光子,德布羅意波長(zhǎng)為λ=,能量為E,則光的速度為(),,【解析】選A、C。根據(jù)c=λν,E=hν,λ=,即可解得光的速度為或。,,2.(多選)關(guān)于物質(zhì)波,下列認(rèn)識(shí)中正確的是()A.任何運(yùn)動(dòng)的物體(質(zhì)點(diǎn))都伴隨一種波,這種波叫物質(zhì)波B.X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
15、確的D.宏觀物體盡管可以看作物質(zhì)波,但它們不具有干涉、衍射等現(xiàn)象,,【解析】選A、C。據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論知,任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體,小到電子、質(zhì)子,大到行星、太陽(yáng),都有一種波與之相對(duì)應(yīng),這種波就叫物質(zhì)波,可見(jiàn),A選項(xiàng)是正確的;由于X射線本身就是一種波,而不是實(shí)物粒子,故X射線的衍射現(xiàn)象并不能證實(shí)物質(zhì)波理論的正確性,即B選項(xiàng)錯(cuò)誤;電子是一種實(shí)物粒子,電子的衍射現(xiàn)象表明,,運(yùn)動(dòng)著的實(shí)物粒子具有波動(dòng)性,故C選項(xiàng)是正確的;由電子穿過(guò)鋁箔的衍射實(shí)驗(yàn)知,少量電子穿過(guò)鋁箔后所落位置是散亂的,無(wú)規(guī)律的,但大量電子穿過(guò)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(dòng)性,干涉、衍射是波的特有現(xiàn)象,只
16、要是波,都會(huì)發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。,,【補(bǔ)償訓(xùn)練】(多選)根據(jù)物質(zhì)波理論,以下說(shuō)法中正確的是()A.微觀粒子有波動(dòng)性,宏觀物體沒(méi)有波動(dòng)性B.宏觀物體和微觀粒子都具有波動(dòng)性C.宏觀物體的波動(dòng)性不易被人觀察到是因?yàn)樗牟ㄩL(zhǎng)太長(zhǎng)D.速度相同的質(zhì)子和電子相比,電子的波動(dòng)性更為明顯,,【解析】選B、D。一切運(yùn)動(dòng)的物體都有一種物質(zhì)波與它對(duì)應(yīng),所以宏觀物體和微觀粒子都具有波動(dòng)性,A選項(xiàng)錯(cuò)誤,B選項(xiàng)正確。宏觀物體的物質(zhì)波波長(zhǎng)很短,不易觀察到它的波動(dòng)性,所以C選項(xiàng)錯(cuò)誤。速度相同的質(zhì)子與電子相比,電子質(zhì)量小,物質(zhì)波波長(zhǎng)更長(zhǎng),所以電子波動(dòng)性更明顯,所以D選項(xiàng)正確。,,【通法悟道】分析物質(zhì)波的關(guān)鍵物質(zhì)一方面有粒子性,另一方面又具有波動(dòng)性,粒子性和波動(dòng)性形成了完美的整體,其中把物質(zhì)的粒子性和波動(dòng)性聯(lián)系到一起的是普朗克常量h,所以物質(zhì)波分析的關(guān)鍵是該常量h。,【課堂小結(jié)】,
2018-2019高中物理 第17章 波粒二象性 17.3 粒子的波動(dòng)性課件 新人教版選修3-5.ppt
