《辽宁省大连市高中物理 第十七章 波粒二象性 17.3 崭新的一页：粒子的波动性课件 新人教版选修3-5.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《辽宁省大连市高中物理 第十七章 波粒二象性 17.3 崭新的一页：粒子的波动性课件 新人教版选修3-5.ppt（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、导入新课导入新课 前面我们学习了有关光的一些特前面我们学习了有关光的一些特性和相应的事实表现，那么我们究竟性和相应的事实表现，那么我们究竟怎样来认识光的本质和把握其特性呢怎样来认识光的本质和把握其特性呢？ 问题问题 光是一种物质，它光是一种物质，它既具有既具有粒子性粒子性，又具有，又具有波动性波动性。在不同条件下。在不同条件下表现出不同特性。本节表现出不同特性。本节将针对光的这两个特性将针对光的这两个特性进一步的展开分析。进一步的展开分析。知识要点知识要点第三节第三节 崭新的一页：崭新的一页：粒子的波动性粒子的波动性第十七章波粒二象性第十七章波粒二象性 了解光既具有波动性，又具有粒子性。了解光
2、既具有波动性，又具有粒子性。 知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性。知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性。 知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。 教学目标教学目标1 1、知识与技能、知识与技能 了解物理真知形成的历史过程。了解物理真知形成的历史过程。 了解物理学研究的基础是实验事了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性。实以及实验对于物理研究的重要性。 知道某一物质在不同环境下所表知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。现的不同规律特性。 2 2、过程与方法、过程与方法 通过学生阅读和教师介绍讲解，使学通过学生阅读和教师介绍讲解，使学
3、生了解科学真知的得到并非一蹴而就，需生了解科学真知的得到并非一蹴而就，需要经过一个较长的历史发展过程，不断得要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正与修正。到纠正与修正。 通过相关理论的实验验证，使学生逐通过相关理论的实验验证，使学生逐步形成严谨求实的科学态度。步形成严谨求实的科学态度。 通过了解电子衍射实验，使学生了解通过了解电子衍射实验，使学生了解创造条件来进行有关物理实验的方法。创造条件来进行有关物理实验的方法。3 3、情感态度与价值观、情感态度与价值观教学重难点教学重难点重点重点 实物粒子和光子一样具有波粒二象实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系。性，德布罗意
4、波长和粒子动量关系。难点难点 实物粒子的波动性的理解。实物粒子的波动性的理解。 本节知识线索本节知识线索 光具有波粒二象性光具有波粒二象性徳布罗意提出实物粒子具有波动性的假设徳布罗意提出实物粒子具有波动性的假设数学推理（与实物粒子相联系的波）数学推理（与实物粒子相联系的波）设计实验（物质波的实验验证）设计实验（物质波的实验验证）实验技术问题的解决（实验技术问题的解决（X X涉嫌的晶格衍射）涉嫌的晶格衍射）电子衍射实验（质子、中子、原子、分子）电子衍射实验（质子、中子、原子、分子）本节导航本节导航一一. .光的波粒二象光的波粒二象性性二二. .粒子的波动性粒子的波动性三三. .物质波的实验验物质
5、波的实验验证证一、光的波粒二象性一、光的波粒二象性一、光的波粒二象性一、光的波粒二象性1、光的特性：、光的特性： 大量事实说明：光是一种波，同时也是一大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有种粒子，光具有波粒二象性波粒二象性。 光的分立性和连续性是相对的，是不同条光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。件下的表现，光子的行为服从统计规律。2、光子的能量与动量之间的关系：、光子的能量与动量之间的关系： =h P=h/ 两式的物理量两式的物理量和和p描述光的粒子性，描述光的粒子性，和和描描述光的波动性。述光的波动性。二、粒子的波动性二、粒子的波动性二、粒子
6、的波动性二、粒子的波动性 法国物理学家，法国物理学家，德布罗意原来学习历德布罗意原来学习历史，后来改学理论物史，后来改学理论物理学。他善于用历史理学。他善于用历史的观点，用对比的方的观点，用对比的方法分析问题。法分析问题。 1929年诺贝尔物年诺贝尔物理学奖获得者，波动理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的创始人，量子力学的奠基人之一。力学的奠基人之一。普朗克普朗克 德布罗意写道：德布罗意写道：“整个整个1919世纪以世纪以来在光学上，与波动方面的研究相比，来在光学上，与波动方面的研究相比，忽视了粒子方面的研究；而在实物粒忽视了粒子方面的研究；而在实物粒子的研究上，是否发生了相反的错误子的
7、研究上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们吧粒子方面的图像想呢？是不是我们吧粒子方面的图像想的太多，而忽视了波的现象？的太多，而忽视了波的现象？”1 1、粒子波动性的假设、粒子波动性的假设、粒子波动性的假设、粒子波动性的假设 1923年，德布罗意最早想到了这个问题，并年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设想，对于光子的波粒二象性会不会且大胆地设想，对于光子的波粒二象性会不会也适用于实物粒子。也适用于实物粒子。 实物粒子也具有波动性实物粒子也具有波动性实物粒子：静止质量不为零的那些微观粒子。实物粒子：静止质量不为零的那些微观粒子。 这种与实物粒子相联系的波后来称这种与实物粒子相联系的波后来
8、称为为徳布罗意波徳布罗意波，也叫，也叫物质波。物质波。2 2、德布罗意关系式、德布罗意关系式、德布罗意关系式、德布罗意关系式： 一个能量为一个能量为E、动量为、动量为 p 的实物粒的实物粒子同时具有波动性，子同时具有波动性，动量为动量为 P 的粒子的粒子波长：波长：例题例题 如速度如速度v=5.0 102m/s飞行的子弹，飞行的子弹，质量为质量为m=10-2Kg，对应的德布罗意波长对应的德布罗意波长为：为： 电子电子m=9.1 10-31Kg，速度，速度v=5.0 107m/s, 对应的德布罗意波长对应的德布罗意波长为：为：3 3、物质波波长、物质波波长、物质波波长、物质波波长 为德布罗意波长
9、，为德布罗意波长，h为普朗克常量，为普朗克常量，p为为粒子动量。粒子动量。 三、物质波的实验验证三、物质波的实验验证三、物质波的实验验证三、物质波的实验验证 宏观物体的波长比微观粒子的波长小得宏观物体的波长比微观粒子的波长小得多，这在生活中很难找到能发生衍射的障多，这在生活中很难找到能发生衍射的障碍物，所以我们并不认为它有波动性作碍物，所以我们并不认为它有波动性作为微观粒子的为微观粒子的电子电子，其，其德布罗意波波长为德布罗意波波长为1010m数量级数量级，找与之相匹配的障碍物也，找与之相匹配的障碍物也非易事非易事 1 1、电子衍射实验、电子衍射实验、电子衍射实验、电子衍射实验 电子束在穿过细
10、晶体粉末或薄金属片电子束在穿过细晶体粉末或薄金属片后，也象后，也象X射线一样产生衍射现象。射线一样产生衍射现象。屏屏屏屏 P P多晶多晶多晶多晶薄膜薄膜薄膜薄膜高压高压高压高压栅极栅极栅极栅极阴极阴极阴极阴极 1927年年 G.P.汤姆逊（汤姆逊（J.J.汤姆逊之子）汤姆逊之子） 也独立完成了电子衍射实验。与也独立完成了电子衍射实验。与 C.J.戴维森戴维森共获共获 1937 年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。电子束穿过铝箔后的衍射图像电子束穿过铝箔后的衍射图像 除了电子以除了电子以外，后来还陆续外，后来还陆续证实了质子，中证实了质子，中子，以及原子的子，以及原子的波动性。波动性。1、光学显
11、微镜的原理、光学显微镜的原理 使用无限远光学系统的显微镜主要由物使用无限远光学系统的显微镜主要由物镜、管镜和目镜组成。标本经物镜和管镜放镜、管镜和目镜组成。标本经物镜和管镜放大后，形成放大倒立的实象；实象经目镜再大后，形成放大倒立的实象；实象经目镜再次放大后，形成放大的虚象。次放大后，形成放大的虚象。2、电子显微镜的原理、电子显微镜的原理 电子显微镜是根据电子光学原理，用电子电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。器。 光学显微镜光学显微镜扫描
12、式电子显微镜扫描式电子显微镜动画：波的干涉动画：波的干涉课堂小结课堂小结 光是一种波，同时也是一种粒子，光是一种波，同时也是一种粒子，光具有光具有波粒二象性波粒二象性。光子的能量与动量之间的关系：光子的能量与动量之间的关系：=h=hP=h/ P=h/ 两式的物理量两式的物理量和和p p描述光的粒子性，描述光的粒子性，和和 描述光的波动性。描述光的波动性。 实物粒子也具有波动性实物粒子也具有波动性一个能量为一个能量为E E、动量为、动量为 p p 的实物粒子的实物粒子同时具有波动性，同时具有波动性，动量为动量为 P 的粒子的粒子波长：波长：频率频率: : 这种与实物粒子相联系的波后来称这种与实物
13、粒子相联系的波后来称为为德布罗意波德布罗意波，也叫，也叫物质波。物质波。物质波波长：物质波波长： 为德布罗意波长，为德布罗意波长，h h为普朗克常量，为普朗克常量，p p为粒子动量。为粒子动量。 高考连接高考连接 1、(高考模拟高考模拟)现用电子显微镜观测线度为现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构。为满足测量要求，的某生物大分子的结构。为满足测量要求，将显微其中镜工作时电子的德布罗意波长设将显微其中镜工作时电子的德布罗意波长设定为定为d/n,n1.一直普朗克恒量一直普朗克恒量h，电子质量为，电子质量为m和电子电荷量和电子电荷量e，不计电子的初速度，则显，不计电子的初速度，则显微镜工作
14、是电子的加速电压为（微镜工作是电子的加速电压为（ ）ABCD又，由德布罗意公式可得又，由德布罗意公式可得 然后，联立然后，联立式，即可求出显微镜式，即可求出显微镜工作时电子的加速电压工作时电子的加速电压解析：首先，由动能定理可得解析：首先，由动能定理可得 因此，本题答案为：因此，本题答案为：D。（06全国全国） 2、已知能使某金属产生光电效应的极限、已知能使某金属产生光电效应的极限频率为频率为 v0 （ ） A.当用频率为当用频率为2 v0的单色光照射该金属时，的单色光照射该金属时，一定能产生光电子一定能产生光电子 B.当用频率为当用频率为2 v0的单色光照射该金属时，的单色光照射该金属时，所
15、产生的光电子的最大初动能为所产生的光电子的最大初动能为hv C.当照射光的频率当照射光的频率v大于大于v0时，若时，若v增大，增大，则逸出功增大则逸出功增大 D.当照射光的频率当照射光的频率v大于大于v0时，若增大一倍，时，若增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍则光电子的最大初动能也增大一倍 解析解析:显然，由于显然，由于2v0v0,因而频率因而频率2v0为为的单色光照射该金属时，一定能产生光的单色光照射该金属时，一定能产生光电子；当用频率为电子；当用频率为2v0的单色光照射该金的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为属时，所产生的光电子的最大初动能为 该金属的逸出功为定值该金属
16、的逸出功为定值 并不会变化由方程并不会变化由方程可知光电子的最大初动能与频率并不成正比可知光电子的最大初动能与频率并不成正比 综上所述，可知本题答案为：综上所述，可知本题答案为：A、B。课堂练习课堂练习1光电管是一种把光电管是一种把_信号转换信号转换成成_信号的器件，它主要用于自信号的器件，它主要用于自动化装置及动化装置及_等技术装置里等技术装置里 2能使金属钠产生光电效应的单色光能使金属钠产生光电效应的单色光的极限频率是的极限频率是6.01014Hz根据能量守根据能量守恒，用频率是恒，用频率是7.01014Hz的紫光照射金的紫光照射金属钠，产生光电子的最大初动能是属钠，产生光电子的最大初动能
17、是_ J 光光电电有声电影有声电影6.6310-20 3当用一束紫外线照射装在原不带电当用一束紫外线照射装在原不带电的验电器金属球上的锌板时，发生了光电效的验电器金属球上的锌板时，发生了光电效应，这时发生的现象是（应，这时发生的现象是（ ）A验电器内的金属箔带正电验电器内的金属箔带正电B有电子从锌板上飞出来有电子从锌板上飞出来C有正离子从锌板上飞出来有正离子从锌板上飞出来D锌板吸收空气中的正离子锌板吸收空气中的正离子AB 4在光电效应实验中，如果需要增大在光电效应实验中，如果需要增大光电子到达阳极时的速度，可采用哪种方光电子到达阳极时的速度，可采用哪种方法？（法？（ ）A增加光照时间增加光照时
18、间B增大入射光的波长增大入射光的波长C增大入射光的强度增大入射光的强度D增大入射光频率增大入射光频率D 5下列关于光的波粒二象性的说法中，下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是（正确的是（ ） A有的光是波，有的光是粒子有的光是波，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，波光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著长越短，其粒子性越显著D大量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粒子性C 15金属钠产生光电效应的极限频率是金属钠产生光电效应的极限频率是6.01014Hz根据能量转化和守恒守律，计根据能量转化
19、和守恒守律，计算用波长算用波长0.40m的单色光照射金属钠时，的单色光照射金属钠时，产生的光电子的最大初动能是多大？产生的光电子的最大初动能是多大？ 答案：答案：0.9910-19J 教材习题解答教材习题解答 1、解：光的衍射和折射说明光具有波、解：光的衍射和折射说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，因此，光具有波粒二象性。子性，因此，光具有波粒二象性。 2、电子的徳布罗意波长大动能相同时、电子的徳布罗意波长大动能相同时电子质量小启动能就小，动量小，徳布罗意电子质量小启动能就小，动量小，徳布罗意波长大。因此，当具有同样的动能时电子比波长大。因此，当具有同样的动能时电子比质子的徳布罗意波长大。质子的徳布罗意波长大。 3、答：不会，因为宏观的子弹质量速、答：不会，因为宏观的子弹质量速度大，动量大，徳布罗意波长小。度大，动量大，徳布罗意波长小。
