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1、物理选修选修3-5 人教版人教版新课标导学新课标导学新课标导学新课标导学第十七章波粒二象性波粒二象性第三节粒子的波动性第三节粒子的波动性 学学 习习 目目 标标理解光的波粒二象性理解光的波粒二象性了解粒子的波了解粒子的波动性性理解物理解物质波的概念，知道物波的概念，知道物质波的波的实验验证 知知 识识 导导 图图1 1课课前前预预习习2 2课课内内探探究究3 3素素养养提提升升4 4课课堂堂达达标标5 5课课时时作作业业课课 前前 预预 习习1光的本性(1)19世纪初托马斯杨、菲涅耳、马吕斯等分别观察到了光的_、_和偏振现象。(2)19世纪60年代和80年代，麦克斯韦和赫兹先后从理论上和实验上
2、确认了光的_本质。(3)光电效应和康普顿效应揭示了光的_。知识点知识点 1光的波粒二象性光的波粒二象性干涉干涉衍射衍射电磁波电磁波粒子性粒子性波动性波动性衍射衍射粒子性粒子性光电效应光电效应粒子性粒子性波动性波动性波粒二象性波粒二象性2光子的能量和动量(1)能量：_；(2)动量：p_。3意义h粒子粒子波动波动h能能量量和和动量量p是是描描述述物物质的的_性性的的重重要要物物理理量量；波波长和和频率率是是描描述述物物质的的_性性的的典典型型物物理理量量。因因此此_和和p_揭揭示示了了光光的的粒粒子子性和波性和波动性之性之间的密切关系。的密切关系。1德布罗意波任何一种实物粒子都和一个波相联系，这种
3、波被称为德布罗意波，也叫_波。2物质波的波长和频率波长公式_，频率公式_。知识点知识点 2粒子的波动性粒子的波动性物质物质3物质波的实验验证(1)实验探究思路干涉、衍射是_特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生_或_现象。(2)实验验证1927年年戴戴维孙和和G.P.汤姆姆孙分分别利利用用晶晶体体做做了了_的的实验，得得到到了了类似似右右图的的_图样，从从而而证实了了电子子的的波波动性性。他他们为此此获得得了了1937年年的的诺贝尔尔物理学物理学奖。波波干涉干涉衍射衍射电子束衍射电子束衍射衍射衍射判一判(1)光的干涉、洐射、偏振现象说明光具有波动性。()(2)光子数量越
4、大，其粒子性越明显。()(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子。 ()(4)一切宏观物体都具有波动性，即物质波。()(5)湖面上的水波就是物质波。()(6)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性。 ()选一选(多选)(河北正定中学20152016学年高二下学期检测)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有( )A光电效应现象揭示了光的粒子性B热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等AB想一想2018年6月30日，中国运动员苏炳添在2018钻石联赛巴黎站比赛中，以9.91s的成绩再次追
5、平了男子100m亚洲记录。设苏炳添的质量约为75kg，请计算他在100m比赛时的德布罗意波长，并说明其波动性是否明显。答案：8.761037m，波动性很不明显课课 内内 探探 究究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、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？探究一对光的本性的认识探究一对光的本性的认识提示：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。1光学发展史学学说名称名称微粒微粒说波波
6、动说电磁磁说光子光子说波粒二象性波粒二象性代表人物代表人物牛牛顿惠更斯惠更斯麦克斯麦克斯韦爱因斯坦因斯坦公公认实验依据依据光的直光的直线传播、光播、光的反射的反射光的干涉、光的干涉、衍射衍射能在真空中能在真空中传播，是横播，是横波，光速等波，光速等于于电磁波速磁波速光光电效效应康普康普顿效效应光既有波光既有波动现象，象，又有粒子特征又有粒子特征内容内容要点要点光是一群光是一群弹性粒子性粒子光是一种光是一种机械波机械波光是一种光是一种电磁波磁波光是由一光是由一份一份光份一份光子子组成的成的光是具有光是具有电磁本性磁本性的物的物质，既有波，既有波动性又有粒子性性又有粒子性年代年代17世世纪17世世
7、纪19世世纪中中20世世纪初初20世世纪初初2对光的波粒二象性的理解光的波光的波动性性光的粒子性光的粒子性实验基基础干涉、衍射干涉、衍射光光电效效应、康普、康普顿效效应含含义光光的的波波动性性是是光光子子本本身身的的一一种种属属性性，它它不不同同于于宏宏观的的波波，它它是是一一种种概概率率波波，即即光光子子在在空空间各各点点出出现的的可可能能性性大大小小(概概率率)可可用用波波动规律律描描述述：(1)足足够能能量量的的光光(大大量量光光子子)在在传播播时，表表现出出波波的的性性质。(2)频率率低低，波波长长的的光光，波波动性特征性特征显著。著。粒粒子子的的含含义是是“不不连续”“”“一一份份一
8、一份份”的的，光光的的粒粒子子即即光光子子，不不同同于于宏宏观概概念念的的粒粒子子，但但也也具具有有动量量和和能能量量。(1)当当光光同同物物质发生生作作用用时，表表现出出粒粒子子的的性性质。(2)少少量量或或个个别光光子子易易显示示出出光光的的粒粒子子性性。(3)频率率高高，波波长短短的的光，粒子性特征光，粒子性特征显著。著。二象性二象性(1)光光子子说并并没没有有否否定定波波动性性，Eh中中，表表示示光光的的频率率，表表示示了了波波的的特特征征。光光既既具具有有波波动性性，又又具具有有粒粒子子性性，波波动性性和和粒粒子子性性都都是是光光的的本本身身属属性性，只只是是在不同条件下的表在不同条
9、件下的表现不同。不同。(2)只有用波粒二象性，才能只有用波粒二象性，才能统一一说明光的各种行明光的各种行为。下列有关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，其波动性越显著；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解题指导：在宏观现象中，波与粒子是对立的概念，而在微观世界中，波与粒子可以统一。光具有波粒二象性是指光在传播过程中和同其他物质作用时分别表现出波和粒子的特性。典例典例 1C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
10、，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，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光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著，故选项C正确，A、B、D错误。对点训练1人类对光的本性认识的过程中先后进行了一系列实验，如图所示的四个示意图所表示的实验说明光具有波动性的是
11、_，说明光具有粒子性的是_。ABDC解析：C为光电效应实验，证明了光的粒子性；其余的三个实验均证明了光的波动性。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。探究二对物质波的理解探究二对物质波的理解提提示示：波波粒粒二二象象性性是是微微观观粒粒子子的的特特殊殊规规律律，一一切切微微观观粒粒子子都都存存在在波波动动性性，宏宏观观物物体体(汽汽车车)也也存存在在波波动动性性，只只是是因因为为宏宏观观物物体体质质量量大大，动动量量大大，波波长长短短，难难以以观观测测，而而微微观观粒粒子子如如电电子子、质质子子、中中子子以以及
12、及原原子子、分分子子的的波波动动性性为为宏宏观观物物体体具有波动性奠定了事实基础。具有波动性奠定了事实基础。2对德布罗意物质波的理解(1)任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都具有波动性。由于宏观物体的波长太小，其波动性不易观察到。(2)物质波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率服从波动规律。不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波。(3)德布罗意假说是光的波粒二象性的推动，实物粒子和光子都既具有粒子性，又具有波动性。与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的是物质波。质量为10g，速度为300m/s在空中飞行的子弹，其德布罗意波波长是多少？为什么我们无法观察出其波动性？如果能够用特
13、殊的方法观察子弹的波动性，我们是否能看到子弹上下或左右颤动着前进，在空间中描绘出正弦曲线或其他周期性曲线？为什么？典例典例 2解题指导：认为运动物体将做曲线运动是容易出现的错误，以宏观观念的波来理解德布罗意波是错误的根源，德布罗意波是一种概率波，在一般情况下不能用确定的坐标描述粒子的位置，无法用轨迹描述粒子的运动，但是粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不是粒子将做曲线运动，不能将物质波与宏观意义上的机械波相混淆，物质波的实质是指粒子在空间的分布的概率是受波动规律支配的，它与机械波有着本质的区别，更不能将粒子的运动轨迹与波动性联系在一起。对点训练2下列说法中正确的是 ()A物质波属于机械波
14、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，都有一种波和它对应，这种波叫物质波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、衍射现象不明显而已，故只有C对。C素素 养养 提提 升升易错点：不能正确认识运动物体的波动性易错点：不能正确认识运动物体的波动性一一位位战战士士在在实实战战训训练练时时子子弹弹脱脱靶靶，在在分分析析脱脱靶靶的的原原因因时时，突突然然想想起起德德布布罗罗意意波波长长公公式式后后，确
15、确认认未未击击中中的的原原因因可可能能与与子子弹弹的的波波动动性性有有关关，这这是是失误的理由吗？失误的理由吗？易易错错分分析析：只只知知实实物物粒粒子子具具有有波波动动性性，不不会会具具体体问问题题具具体体分分析析。对对于于宏宏观观物物体体子子弹弹来来说说，物物质质波波波波长长仅仅为为1034m左左右右，因因为为波波长长越越长长衍衍射射现现象象越越显显著著，动动量量大大的的子子弹弹的的波波动动性性忽忽略略不不计计仍仍沿沿确确定定的的轨轨道道运运动动，所所以以未未沿沿击击中中靶靶的的抛抛物物线运动，原因是未瞄准。线运动，原因是未瞄准。案案 例例正确答案：不是课课 堂堂 达达 标标课课 时时 作作 业业
