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1、3 粒子的波动性,读一读思一思,辨一辨议一议,一、阅读教材第37页“光的波粒二象性”部分,知道光既具有波动性又具有粒子性。 应当如何理解光的波粒二象性? 答案:(1)光既具有波动性又具有粒子性,即光具有波粒二象性。 (2)光子的能量=h,光子的动量 。两式左侧的物理量和p描述光的粒子性,右侧的物理量和描述光的波动性,普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁。,读一读思一思,辨一辨议一议,二、阅读教材第37、38页“粒子的波动性、物质波的实验验证”部分,知道实物粒子具有波动性,知道物质波的实验验证。 1.什么是物质波?如何表达? 答案:(1)每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系,这种与实物粒
2、子相联系的波称为德布罗意波,也叫作物质波。 (2)物质波的波长、频率关系式:,2.什么是物质波的实验验证? 答案:(1)1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验,得到了电子的衍射图样,证实了电子的波动性。,读一读思一思,辨一辨议一议,1.思考辨析。 (1)大量光子的行为往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性。 ( ) 解析:光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显,有时候表现出的波动性较明显,大量光子的效果往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性。 答案: (2)光在传播时是波,而与物质相互作用时就转变成粒子。 ( ) 解析:光在传播时波动性显著,光
3、与物质相互作用时粒子性显著。 答案: (3)牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的。 ( ) 解析:牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒,爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量。 答案:,读一读思一思,辨一辨议一议,2.探究讨论。 光的波动性和粒子性是相互矛盾的,无法统一,这种说法正确吗? 答案:光波在少量的情况下体现粒子性,大量的情况下体现波动性,这说明光的波动性和粒子性不是孤立的,而是有机的统一体。,探究一,探究二,人类对光的本性的研究 问题导引 曾有一位记者向物理学家诺贝尔奖获得者布拉格请教:光是波还是粒子?布拉格幽默地答道:“星期一、三、五它是一个波,星期二、四
4、、六它是一个粒子,星期天物理学家休息。”那么光的本性到底是什么呢?你是如何理解的? 要点提示:光具有波粒二象性。 光既不同于宏观观念的粒子,也不同于宏观观念的波,但光既具有粒子性又具有波动性,粒子性和波动性都是光本身的属性。,探究一,探究二,名师精讲 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到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20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:,探究一,探究二,2.对光的波粒二象性的理解,探究一,探究二,大量光子表现出波动性,个别光子表现出粒
5、子性,光具有波粒二象性。,探究一,探究二,【例题1】 有关光的本性,下列说法正确的是( ) A.光既具有波动性,又具有粒子性,两种性质是不相容的 B.光的波动性类似于机械波,光的粒子性类似于质点 C.大量光子才具有波动性,个别光子只具有粒子性 D.由于光既具有波动性,又具有粒子性,无法只用其中一种去说明光的一切行为,只能认为光具有波粒二象性 解析:光既具有波动性,又具有粒子性,但它又不同于宏观观念中的机械波和粒子。波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现,是同一客体的两个不同侧面、不同属性,我们无法用其中的一种去说明光的一切行为,只能认为光具有波粒二象性。只有选项D正确。 答案:D,探究一,探
6、究二,归纳总结光子是能量为h的微粒,表现出粒子性,而光子的能量与频率有关,体现了波动性,所以光子是统一了波粒二象性的微粒。但是它在不同条件下的表现不同,大量光子表现出波动性,个别光子表现出粒子性;光在传播时表现出波动性,光和其他物质相互作用时表现出粒子性;频率低的光波动性更强,频率高的光粒子性更强。,探究一,探究二,变式训练1(多选)对光的认识,下列说法中正确的是( ) 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
7、为:在某种场合下光的波动性表现明显,在另外某种场合下,光的粒子性表现明显 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。 答案:ABD,探究一,探究二,对物质波的理解 问题导引 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。 要点提示: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
8、,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。,探究一,探究二,名师精讲 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的缘故。,3.德布罗意假说是光子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。 一般宏观物体物质波的波长很短,波动性很不明显,难以观察到其衍射现象,如只有利用金属晶格中的狭缝才能观
9、察到电子的衍射图样。,探究一,探究二,典例剖析 【例题2】下列关于德布罗意波的认识正确的是( ) A.任何一个物体都有一种波和它对应,这就是物质波 B.X光的衍射证实了物质波的假设是正确的 C.电子的衍射证实了物质波的假设是正确的 D.宏观物体运动时,看不到它的衍射或干涉现象,所以宏观物体不具有波动性 【思考问题】 为什么宏观物体运动时,其波动性不明显? 提示:宏观物体由于动量太大,德布罗意波长太小,所以看不到它的干涉、衍射现象,但具有波动性。,探究一,探究二,解析:运动的物体才具有波动性,A项错;宏观物体由于动量太大,德布罗意波长太小,所以看不到它的干涉、衍射现象,但仍具有波动性,D项错;X
10、光是波长极短的电磁波,是光子,它的衍射不能证实物质波的存在,B项错;只有C项正确。 答案:C,探究一,探究二,变式训练2如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以103 m/s的速度运动,则它们的德布罗意波的波长分别是多大?(中子的质量为1.6710-27 kg,普朗克常量为6.6310-34 Js) 解析:中子的动量为p1=m1v 子弹的动量为p2=m2v,将m1=1.6710-27 kg,v=103 m/s h=6.6310-34 Js, m2=1.010-2 kg 代入上面两式可解得 1=4.010-10 m,2=6.6310-35 m 答案:4.010-10 m 6.6310-35 m
11、,1,2,3,4,1.(对光的波粒二象性的理解)(多选)关于光的波粒二象性的理解正确的是( ) A.大量光子的行为往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性 B.光在传播时是波,而与物质相互作用时就转变成粒子 C.高频光是粒子,低频光是波 D.波粒二象性是光的根本属性,有时它的波动性显著,有时它的粒子性显著 解析:光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显,有时候表现出的波动性较明显,选项D正确;大量光子的效果往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性,选项A正确;光在传播时波动性显著,光与物质相互作用时粒子性显著,选项B错误;频率高的光粒子性显著,频率低的光波动性显著,选项C错
12、误。 答案:AD,1,2,3,4,2.(对光的波粒二象性的理解)(多选)关于光的波粒二象性,下列正确的说法是( ) A.光的频率越高,光子的能量越大,粒子性越显著 B.光的波长越长,光的能量越小,波动性越显著 C.频率高的光子不具有波动性,波长较长的光子不具有粒子性 D.个别光子产生的效果往往显示粒子性,大量光子产生的效果往往显示波动性 解析:光具有波粒二象性,但在不同情况下表现不同,频率越高,波长越短,粒子性越强,反之波动性明显,个别光子易显示粒子性,大量光子显示波动性,故选项A、B、D正确。 答案:ABD,1,2,3,4,3.(对物质波的理解)(多选)关于物质波,下列说法错误的是( ) A
13、.任何运动的物体(质点)都伴随一种波,这种波叫物质波 B.X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作物质波,但它们不具有干涉、衍射等现象,1,2,3,4,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,选项A正确;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,即选项B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,故选项C正确;由电子穿过铝箔的衍射实验知,少量电子穿过铝箔后所
14、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,只要是波,都会发生干涉、衍射现象,故选项D错误。 答案:BD,1,2,3,4,4.(对物质波的理解)(多选)下列说法正确的是( ) A.物质波属于机械波 B.只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性 C.德布罗意认为,任何一个运动着的物体,小到电子、质子,大到行星、太阳都具有一种波和它对应,这种波叫作物质波 D.宏观物体运动时,看不到它的衍射或干涉现象,所以宏观物体运动时不具有波动性 解析:物质波是一切运动着的物体所具有的波,与机械波性质不同,宏观物体也具有波动性,只是干涉、衍射现象不明显,故只有选项C正确。 答案:C,
