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1、 11第十七章 波粒二象性17.3 粒子的波动性17.4 概率波。【教学目标】1知道光具有波粒二象性。2知道物质波的概念。3知道微观粒子的波动性。4知道经典粒子与经典波的特点。5知道光和物质波是一种概率波。重点：知道光具有波粒二象性。难点：物质波是一种概率波 【自主预习】1.光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有_ _ _。(1)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粒子性。比如，干涉、衍射现象中，如果用强光照射，在光屏上立刻就出现了干涉、衍射条纹，波动性体现了出来；如果用很微弱的光照射，在感光屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点，体现出了粒子性。但是如果在微弱的光照
2、射时间加大的情况下，感光底片上光点的分布又会出现一定的规律性，倾向于干涉、衍射的分布规律。这些实验为人们认识光的波粒二象性提供了良好的证据。(2)频率低的光波动性明显，频率高的光粒子性明显。(3)光在传播时容易表现出波动性，在与其他物质相互作用时，容易表现出明显的粒子性。(4)光子说不排斥波动性，光子的能量的计算公式中就包含着波动的因素频率。2光子的能量 和动量 p 可以表示为 _和 p_，它们是描述光的性质的基本关系式，其中_是架起了粒子性与波动性之间的桥梁。3实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的_相联系，而且粒子的能量 和动量 p 跟它所对应的波的频率 和波长 之间，也像
3、光子跟光波一样，遵从如下关系 _和 _，这种与实物粒子相联系的波后来称为_，也叫做物质波。41927 年戴维孙和 G.P.汤姆孙分别利用_做了电子束衍射的实验，得到了衍射图样，从而证实了电子的_。5.任意时刻的确定的_和_以及时空中的确定的轨道，是经典物理学中粒子运动的基本特征。与经典的粒子不同，经典的波在空间是_的，其特征是具有_和_，也就是具有时间的周期性。6光子在空间出现的概率可以通过_的规律确定。所以，从光子的概念上看，光波是一种_波。7对于电子和其他微观粒子，由于同样具有_，所以与它们相联系的物质波也是_波。选修 3-5 22【典型例题】一、光的波粒二象性【例 1】对光的认识，以下说
4、法中正确的是()A个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性B光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了D光的波粒二象性应理解为：在某种情境下光的波动性表现明显，在另外某种情境下，光的粒子性表现明显 【例 2】 关于对光的认识，下列说法正确的是()A频率高的光是粒子，频率低的光是波B光有时是波，有时是粒子C光有时候表现出波动性，有时候表现出粒子性D光既是宏观概念中的波，也是宏观概念中的粒子二、物质波的实验验证【例 3】关于物质波，下列认识中错误的是()A任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种
5、波叫物质波BX 射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的C电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的D宏观物体尽管可以看做物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象【例 4】为了观察晶体的原子排列，可以采用下列方法：(1)用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜成像(由于电子的物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象，因此电子显微镜的分辨率高)；(2)利用 X 射线或中子束得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列。则下列分析中正确的是 ()A电子显微镜所利用的是电子的物质波的波长比原子尺寸小得多B电子显微镜中电子束运动的速度应很小C要获得晶体的 X 射线衍射图样，X 射线波长要远小于原子的尺寸D中子的物
6、质波的波长可以与原子尺寸相当三、光波是概率波【例 5】对于光的波粒二象性的说法中，正确的是()A在一束传播的光束中，有的光是波，有的光是粒子B光子与电子同样是一种粒子，光波与机械波同样是一种波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，在光子的能量 E h 中，频率 仍表示的是波的特征 33【课后练习】1人类对光的本性的认识经历了曲折的过程。下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是()A牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的 “光子说”本质上是一样的B光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C麦克斯韦预言了光是一种电磁波D光具有波粒二象性2能说明光具
7、有波粒二象性的实验是()A光的干涉和衍射B光的干涉和光电效应C光的衍射和康普顿效应D光电效应和康普顿效应3关于光的本性，下列说法中正确的是()A光子说并没有否定光的电磁说B光电效应现象反映了光的粒子性C光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说提出来的D大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性4下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是()A有的光是波，有的光是粒子B光子与电子是同样的一种粒子C光的波长越长，其波动性越明显；波长越短，其粒子性越显著D大量光子的行为往往显示出粒子性 5关于物质波，下列说法中正确的是()A速度相等的电子和质子，电子的波长大B动能
8、相等的电子和质子，电子的波长小C动量相等的电子和中子，中子的波长小D甲电子速度是乙电子的 3 倍，甲电子的波长也是乙电子的 3 倍6已知 粒子的质量 m6.6410 27 kg，速度 v310 7 m/s，要观察到 粒子明显的衍射现象，障碍物的尺寸约为( )A3.310 10 mB3.310 12 mC3.310 15 m D3.310 18 m7下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是()A光显示粒子性时是分立而不连续的，无波动性；光显示波动性时是连续而不分立的，无粒子性B光的频率越高，其粒子性越明显；光的频率越低，其波动性越明显C光的波动性可以看作是大量光子运动的规律D伦琴射线比可见光更容
9、易发生光电效应，而更不容易产生干涉、衍射等物理现象8显微镜观看细微结构时，由于受到衍射现象的影响而观察不清，因此观察越细小的结构， 44就要求波长越短，波动性越弱。在加速电压值相同的情况下，电子显微镜与质子显微镜的分辨本领，下列判定正确的是( )A电子显微镜分辨本领较强B质子显微镜分辨本领较强C两种显微镜分辨本领相同D两种显微镜分辨本领不便比较9有关光的本性的说法中正确的是()A关于光的本性，牛顿提出了 “微粒说” ，惠更斯提出了“波动说” ，爱因斯坦提出了“光子说” ，它们都圆满地说明了光的本性B光具有波粒二象性是指：光既可以看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子C光的干涉、衍射现象
10、说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性D在光的双缝干涉实验中，如果光通过双缝时显示波动性，如果光只通过一个缝时显示粒子性10关于物质波的认识，正确的是()A电子的衍射证实了物质波的假设是正确的B物质波也是一种概率波C任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波D物质波就是光波11以下说法正确的是( )A物体都具有波动性B抖动细绳一端，绳上的波就是物质波C通常情况下，质子比电子的波长长D核外电子绕核运动时，并没有确定的轨道12下列对物理模型和物理现象的关系理解正确的是()A物理模型应与日常经验相吻合，并能解释物理现象B物理模型可以与日常经验相悖，但应与实验结果一致 55C物理模型不能十分古怪
11、，让人难以理解D只要物理模型与实验结果一致，它在一定范围内就能正确代表研究的对象例题答案：1. 【答案】A、B、D【解析】个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行 为表 现为波动性；光与物质相互作用，表 现为粒子性，光的传播表现为波 动性，光的波 动性与粒子性都是光的本 质属性。因为波动性表现为粒子分布概率，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因 为 大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项有 A、B、D。2. 解析：波动性和粒子性是微观粒子( 包括光)具有的不可分割的两种固有属性，在不同情况下，一种属性起主要作用，该属性就表 现出来或属性显著。但微观粒子的波动性和粒子性与宏观概念中的波和粒
12、子是完全不同的。答案：C3. 【答案】B、D【解析】据德布罗意物质波理论知，任何一个运 动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物 质波，可 见，A 选项是正确的；由于 X 射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故 X 射线的衍射现象并不能证实物质波理论的正确性，即 B 选项错误；电子是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运 动着的实物粒子具有波 动性，故 C 选项是正确的；由电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电 子穿过铝箔后所落位置是散乱的，无规律的，但大量电子穿过铝箔后落的位置则呈现出衍射图样，即大量 电子的行为表现出 电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是
13、波，都会发生干涉、衍射现象，故 选项 D 错误。综合以上分析知，本 题应选 B、D。4. 解析：由题目所给信息“电子的物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象” 及发生衍射现象的条件可知，电子的物质波的波 长比原子尺寸小得多，它的动量应很大，即速度应很大，A 正确，B 错误 ；由信息“利用 X 射 线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生衍射现象的条件可知，中子的物质波或 X 射线的波长 与原子尺寸相当，C 错误， D 正确。答案：A、D5. 【答案】D【解析】光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。当光和同物质作用时，是“一份一份”的，表现出粒子性；单个光子通 过双缝后的落点无法预测，但大
14、量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本身的一种属性，光子说并未否定电磁说。课后练习答案1. 解析：牛顿 的“微粒说”认为光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀的介质中以一定的速度传播；爱因斯坦的光子说认为光是一种电磁波，在空间传播时是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，故本质是不同的，A 错。答案：B、C 、D 662. 解析：光的干涉和光的衍射只说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应只说明光具有粒子性，B 、C 正确。答案：B、C3. 解析：光既有粒子性，又有波动性，但 这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说，它
15、体现出的规 律不再是宏观粒子和机械波所表 现出的规律，而是自身体 现的一种微观世界特有的规律。光子说 和电磁说各自能解释光特有的 现象，两者构成一个 统一的整体，而微粒说和波动说是相互对立的。答案：A、B4. 解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行 为(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些行为( 如光 电效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子。虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止 质量，电子是以实物形式存在的物 质，光子是以 场形式存在的物 质，所以，不能 说光子与电子是同样的一种粒子。光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性，光的波长 越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起接收装置的反 应，所以其粒子性就很显著，故选项 C 正确。A、B、D 错误。答案：C5. 解析：由 可知，动量
