浙江2019年高中物理第十七章波粒二象性第3節(jié)粒子的波動性講義（含解析）新人教版.docx

粒子的波動性光的波粒二象性探新知基礎(chǔ)練1光的波粒二象性光既具有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。2光子的能量和動量(1)能量：h。(2)動量：p。(3)意義：能量和動量p是描述物質(zhì)的粒子性的重要物理量；波長和頻率是描述物質(zhì)的波動性的典型物理量。因此h和p揭示了光的粒子性和波動性之間的密切關(guān)系，普朗克常量h架起了粒子性與波動性之間的橋梁。辨是非(對的劃“”，錯的劃“”)1光既具有粒子性，又具有波動性。()2光的干涉說明光具有波動性，光的多普勒效應(yīng)說明光具有粒子性。()釋疑難對點練對光的波粒二象性的理解實驗基礎(chǔ)表現(xiàn)說明光的波動性干涉和衍射(1)光是一種概率波，即光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大小(概率)可用波動規(guī)律來描述(2)能量強的光在傳播時，表現(xiàn)出波的性質(zhì)(1)光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間相互作用產(chǎn)生的(2)光的波動性不同于宏觀觀念的波光的粒子性光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)(1)當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時，這種作用是“一份一份”進行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)(2)少量或個別光子容易顯示出光的粒子性(1)粒子的含義是“不連續(xù)”、“一份一份”的(2)光子不同于宏觀觀念的粒子特別提醒(1)光既表現(xiàn)出波動性又表現(xiàn)出粒子性，要從微觀的角度建立光的行為圖案，認(rèn)識光的波粒二象性。(2)大量光子易顯示波動性，而少量光子易顯示出粒子性；波長長(頻率低)的光波動性強，而波長短(頻率高)的光粒子性強。(3)要明確光的波動性和粒子性在不同現(xiàn)象中的分析方法。試身手1(多選)對光的認(rèn)識，以下說法中正確的是()A個別光子的行為易表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為易表現(xiàn)為波動性B光的波動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)出波動性時，就不具有粒子性了，光表現(xiàn)出粒子性時，就不具有波動性了D光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場合下光的波動性表現(xiàn)明顯，在另外某種場合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯解析：選ABD個別光子的行為易表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為易表現(xiàn)為波動性。光與物質(zhì)相互作用，表現(xiàn)為粒子性，光的傳播表現(xiàn)為波動性，光的波動性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性，故A、B、D正確。粒子的波動性及實驗驗證探新知基礎(chǔ)練1粒子的波動性(1)德布羅意波：每一個運動的粒子都與一個對應(yīng)的波相聯(lián)系，這種與實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波。(2)物質(zhì)波的波長、頻率關(guān)系式：波長：；頻率：。2物質(zhì)波的實驗驗證(1)實驗探究思路：干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象，如果實物粒子具有波動性，則在一定條件下，也應(yīng)該發(fā)生干涉或衍射現(xiàn)象。(2)實驗驗證：1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射實驗，得到了電子的衍射圖樣，證實了電子的波動性。(3)說明：人們陸續(xù)證實了質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動性，對于這些粒子，德布羅意給出的和關(guān)系同樣正確；宏觀物體的質(zhì)量比微觀粒子的質(zhì)量大得多，運動時的動量很大，對應(yīng)的德布羅意波的波長很小，根本無法觀察到它的波動性。辨是非(對的劃“”，錯的劃“”)1一切運動著的物體都具有波動性。()2行星、太陽等運動的物體不具有波動性。()釋疑難對點練(1)任何物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽都存在波動性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性，是因為宏觀物體對應(yīng)的波長太小的緣故。(2)德布羅意波是一種概率波，粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受波動規(guī)律支配，不能以宏觀觀念中的波來理解德布羅意波。(3)德布羅意假說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，即光子與實物粒子都具有粒子性，又都具有波動性，與光子對應(yīng)的波是電磁波，與實物粒子對應(yīng)的波是物質(zhì)波。特別提醒(1)一切運動著的物體都具有波動性，宏觀物體觀察不到其波動性并不否定其波動性。(2)要注意大量光子、個別光子、宏觀物體、微觀粒子、概率波等相關(guān)概念的區(qū)別。試身手2下列說法中正確的是()A質(zhì)量大的物體，其德布羅意波長短B速度大的物體，其德布羅意波長短C動量大的物體，其德布羅意波長短D動能大的物體，其德布羅意波長短解析：選C由可知，物體的德布羅意波長與其動量成反比，C正確。光的波粒二象性光同時具有波動性和粒子性，只是在不同的條件下，其中一個性質(zhì)表現(xiàn)比較明顯，另一個不明顯。光的干涉、衍射、偏振有力地說明了光具有波動性，而光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和光子說表明，光還具有粒子性，即光具有波粒二象性。典例1下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中，正確的是()A有的光是波，有的光是粒子B光子與電子是同一種粒子C光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著D大量光子的行為往往顯示出粒子性思路點撥光具有波粒二象性，而電子是一種實物粒子，光的波長越長，波動性越顯著，波長越短，粒子性越顯著。個別光子易顯示粒子性，大量光子易顯示波動性。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)出波動性，有些行為(如光電效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說有的光是波，有的光是粒子。雖然光子與電子都是微觀粒子，都具有波粒二象性，但電子是實物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實物粒子，沒有靜止質(zhì)量，電子是以實物形式存在的物質(zhì)，光子是以場形式存在的物質(zhì)，所以，不能說光子與電子是同一種粒子。光的波粒二象性的理論和實驗表明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性。光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著，光的波長越短，其光子能量越大，個別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應(yīng)，所以其粒子性就越顯著，故選項C正確，A、B、D錯誤。物質(zhì)波實物粒子也具有波動性，這種波稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波。物質(zhì)波波長，公式中為德布羅意波波長，h為普朗克常量，p為粒子動量。對物理原理公式的理解關(guān)鍵在于對各物理量意義的理解。典例2電子經(jīng)電勢差為U200 V的電場加速，電子質(zhì)量m00.911030 kg，求此電子的德布羅意波長。解析已知m0v2EkeU所以v nmU200 V，則 nm nm8.63102 nm。答案8.63102 nm課堂對點鞏固1有關(guān)光的本性，下列說法正確的是()A光既具有波動性，又具有粒子性，這是相互矛盾和對立的B光的波動性類似于機械波，光的粒子性類似于質(zhì)點C光不具有波動性D由于光既有波動性，又有粒子性，無法只用其中一種去說明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性解析：選D19世紀(jì)初，人們成功地在實驗中觀察到了光的干涉和衍射現(xiàn)象，這屬于波的特征，微粒說無法解釋。證實了光具有波動性。但到了19世紀(jì)末又發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)現(xiàn)象，這種現(xiàn)象波動說無法解釋，證實了光具有粒子性。波動性和粒子性是光在不同的情況下的不同表現(xiàn)，無法用其中的一種去說明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性，所以選項D正確。 2(多選)關(guān)于物質(zhì)波，下列認(rèn)識錯誤的是()A任何運動的物體都伴隨著一種波，這種波叫做物質(zhì)波BX射線的衍射實驗，證實了物質(zhì)波假設(shè)是正確的C電子的衍射實驗，證實了物質(zhì)波假設(shè)是正確的D宏觀物體盡管具有波動性，但它們不具有干涉、衍射等現(xiàn)象解析：選BD據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論知，任何一個運動的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，都有一種波與之相對應(yīng)，這種波就叫物質(zhì)波，可見，A選項正確；由于X射線本身就是一種波，而不是實物粒子，故X射線的衍射現(xiàn)象并不能證實物質(zhì)波理論的正確性，即B選項錯誤；電子是一種實物粒子，電子的衍射現(xiàn)象表明運動著的實物粒子具有波動性，故C選項正確；由電子穿過鋁箔的衍射實驗知，少量電子穿過鋁箔后所落的位置是散亂的、無規(guī)律的，但大量電子穿過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)出電子的波動性，干涉、衍射是波的特有現(xiàn)象，只要是波，都會發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，故D選項錯誤。3(多選)下列說法中正確的是()A光的干涉和衍射現(xiàn)象說明光具有波動性B光的頻率越大，波長越長C光的波長越長，光子的能量越大D光在真空中的傳播速度為3.0108 m/s解析：選AD光既具有波動性又具有粒子性，A對；由c 知B錯；由愛因斯坦光子理論h，c，知波長越長，光頻率越小，光子能量越小，C錯；任何光在真空中傳播速度均為3.0108 m/s，D對。4如果一個中子和一個質(zhì)量為10 g的子彈都以103 m/s的速度運動，則它們的德布羅意波的波長分別是多少？(中子的質(zhì)量為1.671027 kg)解析：中子的動量為p1m1v。子彈的動量為p2m2v。由公式知，中子和子彈的德布羅意波長分別為中和子。因此可得到中，子，代入數(shù)據(jù)得：中4.01010 m；子6.631035 m。答案：4.01010 m6.631035 m課堂小結(jié) 課時跟蹤檢測七一、單項選擇題1如圖所示，當(dāng)弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，同時與鋅板相連的驗電器鋁箔有張角，則該實驗()A只能證明光具有波動性B只能證明光具有粒子性C只能證明光能夠發(fā)生衍射D證明光具有波粒二象性解析：選D弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，這是光的衍射，證明了光具有波動性，驗電器鋁箔有張角，說明鋅板發(fā)生了光電效應(yīng)，則證明了光具有粒子性，所以該實驗證明了光具有波粒二象性，D正確。2關(guān)于光的本性，下列說法中正確的是()A關(guān)于光的本性，牛頓提出“微粒說”，惠更斯提出“波動說”，愛因斯坦提出“光子說”，它們都說明了光的本性B光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子C光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光電效應(yīng)說明光具有粒子性D光的波粒二象性是將牛頓的粒子說和惠更斯的波動說真正有機地統(tǒng)一起來解析：選C光的波動性指大量光子在空間各點出現(xiàn)的可能性的大小可以用波動規(guī)律來描述，不是惠更斯的波動說中宏觀意義下的機械波，光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一個光子，不是牛頓微粒說中的經(jīng)典微粒。某現(xiàn)象說明光具有波動性，是指波動理論能解釋這一現(xiàn)象。某現(xiàn)象說明光具有粒子性，是指能用粒子說解釋這個現(xiàn)象。要區(qū)分說法和物理史實與波粒二象性之間的關(guān)系。C正確，A、B、D錯誤。3關(guān)于德布羅意波，下列說法正確的是()A所有物體不論其是否運動，都有對應(yīng)的德布羅意波B任何一個運動著的物體都有一種波和它對應(yīng)，這就是德布羅意波C運動著的電場、磁場沒有相對應(yīng)的德布羅意波D只有運動著的微觀粒子才有德布羅意波，對于宏觀物體，不論其是否運動，都沒有相對應(yīng)的德布羅意波解析：選B任何一個運動著的物體，都有一種波與它對應(yīng)，即物質(zhì)波，物質(zhì)有兩類：實物和場，所以B正確。4質(zhì)量為m的粒子原來的速度為v，現(xiàn)將粒子的速度增大為2v，則該粒子的物質(zhì)波的波長將(粒子的質(zhì)量保持不變)()A保持不變 B變?yōu)樵瓉聿ㄩL的兩倍C變?yōu)樵瓉聿ㄩL的一半 D變?yōu)樵瓉聿ㄩL的倍解析：選C由題知，粒子速度為v時，1；粒子速度為2v時，2，21?？芍狢正確，A、B、D錯誤。52002年諾貝爾物理學(xué)獎中的一項是獎勵美國科學(xué)家賈科尼和日本科學(xué)家小柴昌俊發(fā)現(xiàn)了宇宙X射線源。X射線是一種高頻電磁波，若X射線在真空中的波長為，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分別表示X射線每個光子的能量和動量，則()AE，p0BE，pCE，p0 DE，p解析：選D根據(jù)Eh，且，c可得X射線每個光子的能量為E，每個光子的動量為p，D正確。6在中子衍射技術(shù)中，常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因為熱中子的德布羅意波長與晶體中原子間距相近。已知中子質(zhì)量m1.671027 kg，普朗克常量h6.631034 Js，可以估算德布羅意波長1.821010 m的熱中子動能的數(shù)量級為()A1017 J B1019 JC1021 J D1024 J解析：選C根據(jù)德布羅意波長公式h/p知熱中子動量ph/，由p22mEk可得熱中子的動能Ekh2/2m2，代入數(shù)據(jù)，有Ek3.971021 J，數(shù)量級為1021 J，故選C項。二、多項選擇題7關(guān)于波的波粒二象性，正確的說法是()A光的頻率越高，光子的能量越大，粒子性越顯著B光的波長越長，光的能量越小，波動性越顯著C頻率高的光子不具有波動性，波長較長的光子不具有粒子性D個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示粒子性，大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示波動性解析：選ABD光具有波粒二象性，但在不同情況下表現(xiàn)不同，頻率越高，波長越短，粒子性越強，反之波動性明顯，個別光子易顯示粒子性，大量光子易顯示波動性，故A、B、D正確。8利用金屬晶格(大小約1010m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣，方法是讓電子通過電場加速后，讓電子束照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣。已知電子質(zhì)量為m，電荷量為e，初速度為0，加速電壓為U，普朗克常量為h，則下列說法中正確的是()A該實驗說明了電子具有波動性B實驗中電子束的德布羅意波波長為C加速電壓U越大，電子的衍射現(xiàn)象越明顯D若用相同動能的質(zhì)子替代電子，衍射現(xiàn)象將更加明顯解析：選AB得到電子的衍射圖樣，說明電子具有波動性，A正確；由德布羅意波波長公式，而動量p，兩式聯(lián)立得，B正確；從公式可知，加速電壓越大，電子的波長越小，衍射現(xiàn)象就越不明顯，C錯誤；用相同動能的質(zhì)子替代電子，質(zhì)子的波長較小，衍射現(xiàn)象相比電子不明顯，故D錯誤。三、非選擇題9任何一個運動著的物體，小到電子、質(zhì)子、大到行星、太陽，都有一種波與之對應(yīng)，波長是，式中p是運動物體的動量，h是普朗克常量，人們把這種波叫做德布羅意波?，F(xiàn)有一德布羅意波長為1的物體1和一德布意波長為2的物體2，二者相向正碰后粘在一起，已知|p1|p2|，則粘在一起的物體的德布羅意波長為_。解析：由動量守恒定律有p2p1(m1m2)v，由p得，所以。答案：10質(zhì)量為1 000 kg的小汽車以v40 m/s的速度在高速公路上行駛，試估算小汽車的德布羅意波的波長。