光是波還是粒子2.4實(shí)物是粒子還是波

1、2.3 光是波還是粒子2 4 實(shí)物是粒子還是波學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.理解光既具有波動(dòng)性又有粒子性的觀點(diǎn)，知道光是一種概率波 (重點(diǎn) )2理解實(shí)物粒子和光一樣都具有波粒二象性，知道德布羅意波，會(huì)計(jì)算其波長(zhǎng)(重點(diǎn) )3會(huì)從能量、動(dòng)量、波長(zhǎng)、頻率的角度分析波和粒子之間的聯(lián)系 (難點(diǎn) )4知道不確定關(guān)系的概念和相關(guān)計(jì)算(難點(diǎn) )光 的 波 粒 二 象 性先填空 1光的本性光是波，同時(shí)也是粒子，即光具有波粒二象性2光是一種概率波3光子的能量和動(dòng)量的公式e h和 p h是光的波粒二象性的反映，式中第 1頁(yè)h 把描寫(xiě)光的粒子性的能量e、動(dòng)量 p，與描寫(xiě)光的波動(dòng)性的頻率、波長(zhǎng) 緊密聯(lián)系了起來(lái)再判斷

2、1光的干涉、衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性()2光子數(shù)量越大，其粒子性越明顯()3光具有粒子性， 但光子又不同于宏觀觀念的粒子 ()后思考 認(rèn)識(shí)光的波粒二象性，應(yīng)從微觀角度還是宏觀角度？【提示】應(yīng)從微觀的角度建立光的行為圖像，認(rèn)識(shí)光的波粒二象性核心點(diǎn)擊 1光的粒子性的含義粒子的含義是“不連續(xù)”“一份一份”的，光的粒子即光子， 不同于宏觀概念的粒子，但也具有動(dòng)量和能量(1)當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)(2)少量或個(gè)別光子易顯示出光的粒子性(3)頻率高，波長(zhǎng)短的光，粒子性特征顯著2光的波動(dòng)性的含義光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，它不同于宏觀的波，它是一種概率波，即光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小

3、(概率 )可用波動(dòng)規(guī)律描述(1)足夠能量的光 (大量光子 )在傳播時(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì)(2)頻率低，波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，波動(dòng)性特征顯著3光的波動(dòng)性，粒子性是統(tǒng)一的(1)光的粒子性并不否定光的波動(dòng)性，光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，波動(dòng)性、粒子性都是光的本質(zhì)屬性， 只是在不同條件下的表現(xiàn)不同(2)只有從波粒二象性的角度， 才能說(shuō)明光的各種行為1(多選 )關(guān)于光的本性，下列說(shuō)法中正確的是()a關(guān)于光的本性，牛頓提出“微粒說(shuō)”惠更斯提出“波動(dòng)說(shuō)”，愛(ài)因斯坦提出“光子說(shuō)”，它們都說(shuō)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，也可以看成第 2頁(yè)微觀概念上的粒子c光的干涉、衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)

4、性d光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性【解析】光的波動(dòng)性指大量光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大小可以用波動(dòng)規(guī)律來(lái)描述，不是惠更斯的波動(dòng)說(shuō)中宏觀意義下的機(jī)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(gè)光子， 不是牛頓微粒說(shuō)中的經(jīng)典微粒某現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性，是指波動(dòng)理論能解釋這一現(xiàn)象某現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性，是指能用粒子說(shuō)解釋這個(gè)現(xiàn)象要區(qū)分說(shuō)法和物理史實(shí)與波粒二象性之間的關(guān)系 c、d 正確， a 、 b 錯(cuò)誤【答案】 cd2關(guān)于光的波粒二象性的理解正確的是()a大量光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出波動(dòng)性b光在傳播時(shí)是波， 而與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子c光在傳播時(shí)波動(dòng)性顯著， 而

5、與物質(zhì)相互作用時(shí)粒子性顯著d高頻光是粒子，低頻光是波【解析】大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性， a 錯(cuò)誤；光在傳播時(shí)波動(dòng)性顯著，光與物質(zhì)相互作用時(shí)粒子性顯著，b 錯(cuò)誤，c 正確；頻率高的光粒子性顯著，頻率低的光波動(dòng)性顯著，d 錯(cuò)誤【答案】 c1 光既有波動(dòng)性又有粒子性，二者是統(tǒng)一的.2 光表現(xiàn)為波動(dòng)性，只是光的波動(dòng)性顯著， 粒子性不顯著而已 .3 光表現(xiàn)為粒子性，只是光的粒子性顯著， 波動(dòng)性不顯著而已 .德 布 羅 意 波 及 實(shí) 驗(yàn) 驗(yàn) 證先填空 1德布羅意波第 3頁(yè)任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體， 都有一種波與它相伴隨 這種波稱為物質(zhì)波， 也叫德布羅意波2物質(zhì)波的波長(zhǎng)、

6、動(dòng)量關(guān)系式h p.3物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1927 年戴維孫和革末分別利用晶體做了電子衍射的實(shí)驗(yàn)，得到了電子的衍射圖樣，證實(shí)了電子的波動(dòng)性4物質(zhì)波的本性物質(zhì)波與光波一樣，也是概率波5德布羅意理論的意義波粒二象性揭示了物質(zhì)世界的普遍屬性，啟示人們?cè)趯?duì)電子這類微觀粒子進(jìn)行研究時(shí)，不能再局限在經(jīng)典物理學(xué)的框架內(nèi)，從而為量子力學(xué)的建立奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)再判斷 1一切宏觀物體都伴隨一種波，即物質(zhì)波()2湖面上的水波就是物質(zhì)波()3電子的衍射現(xiàn)象證實(shí)了實(shí)物粒子具有波動(dòng)性()后思考 既然德布羅意提出了物質(zhì)波的概念，為什么我們生活中卻體會(huì)不到？【提示】平時(shí)所見(jiàn)的宏觀物體的質(zhì)量比微觀粒子的質(zhì)量大得多，運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量h很大，

7、由p可知，它們對(duì)應(yīng)的物質(zhì)波波長(zhǎng)很小，因此，無(wú)法觀察到它們的波動(dòng)性核心點(diǎn)擊 1物質(zhì)的分類(1)由分子、原子、電子、質(zhì)子及由這些粒子組成的物質(zhì)(2)“場(chǎng)”也是物質(zhì)，像電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)這種看不見(jiàn)的，不是由實(shí)物粒子組成的，而是一種客觀存在的特殊物質(zhì)2物質(zhì)波的普遍性第 4頁(yè)任何物體，都存在波動(dòng)性， 我們之所以觀察不到宏觀物體的波動(dòng)性，是因?yàn)楹暧^物體對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)太小的緣故3概率波體現(xiàn)了波粒二象性的和諧統(tǒng)一概率波的主體是光子、 實(shí)物粒子，體現(xiàn)了粒子性的一面； 同時(shí)粒子在某一位置出現(xiàn)的概率受波動(dòng)規(guī)律支配，體現(xiàn)了波動(dòng)性的一面， 所以說(shuō)，概率波將波動(dòng)性和粒子性統(tǒng)一在一起4求解物質(zhì)波波長(zhǎng)的方法(1)根據(jù)已知條件，寫(xiě)

8、出宏觀物體或微觀粒子動(dòng)量的表達(dá)式pmv.h(2)根據(jù)波長(zhǎng)公式 p求解(3)注意區(qū)分光子和微觀粒子的能量和動(dòng)量的不同表達(dá)式如光子的能量：e h，動(dòng)量 p h；宏觀粒子的動(dòng)能： ek12，動(dòng)量 pmv.2mv3下列說(shuō)法中正確的是()a物質(zhì)波屬于機(jī)械波b物質(zhì)波與機(jī)械波本質(zhì)相同c只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀粒子才具有波動(dòng)性d德布羅意認(rèn)為，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)，都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波【解析】 物質(zhì)波是一切運(yùn)動(dòng)著的物體所具有的波，與機(jī)械波性質(zhì)不同，a 、b 錯(cuò)誤；宏觀物體也具有波動(dòng)性，只是干涉、衍射現(xiàn)象不明顯，看不出來(lái)，c 錯(cuò)誤；德布羅意認(rèn)為， 任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)

9、著的物體， 小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)，都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波，d 正確【答案】 d4關(guān)于電子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以下說(shuō)法正確的是()a電子如果表現(xiàn)粒子性，則無(wú)法用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律b電子如果表現(xiàn)粒子性，則可以用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律第 5頁(yè)c電子如果表現(xiàn)波動(dòng)性，則無(wú)法用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，空間分布的概率遵循波動(dòng)規(guī)律d電子如果表現(xiàn)波動(dòng)性，則可以用軌跡來(lái)描述它們的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律【解析】由于運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的物質(zhì)波是概率波，少量電子表現(xiàn)出粒子性， 無(wú)法用軌跡描述其運(yùn)動(dòng)， 也不遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律， a 、b 錯(cuò)誤；大量電子表現(xiàn)出波動(dòng)性，無(wú)

10、法用軌跡描述其運(yùn)動(dòng)， 可確定電子在某點(diǎn)附近出現(xiàn)的概率，且分布的概率遵循波動(dòng)規(guī)律， c 正確， d 錯(cuò)誤【答案】 c5如果一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)量為10 g 的子彈都以 103 m/s 的速度運(yùn)動(dòng)，則它們的德布羅意波的波長(zhǎng)分別是多長(zhǎng)？(中子的質(zhì)量為 1.67 1027 kg)【導(dǎo)學(xué)號(hào)： 06092019】【解析】 中子的動(dòng)量為 p1 m1v，子彈的動(dòng)量為 p2 m2v，h據(jù) p知中子和子彈的德布羅意波的波長(zhǎng)分別為1 h ， 2 hp1p2hh聯(lián)立以上各式解得：1m1v，2 m2v將 m11.671027 kg，v 1 103 m/s，h 6.631034 j s，m21.0102kg 代入上面兩式可解

11、得14.01010 m，26.631035 m.【答案】 4.010 10 m6.6310 35 m宏觀物體波動(dòng)性的三點(diǎn)提醒(1)一切運(yùn)動(dòng)著的物體都具有波動(dòng)性，宏觀物體觀察不到其波動(dòng)性，但并不否定其波動(dòng)性第 6頁(yè)(2)要注意大量光子、個(gè)別光子、宏觀物體、微觀粒子等相關(guān)概念的區(qū)別(3)在宏觀世界中，波與粒子是對(duì)立的概念；在微觀世界中，波與粒子可以統(tǒng)一不 確 定 性 關(guān) 系先填空 1在微觀世界中，在對(duì)粒子位置和動(dòng)量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，精確度存在一個(gè)基本極限，不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動(dòng)量2不確定性關(guān)系x px h . 4式中， x 為位置的不確定范圍，px 為動(dòng)量的不確定范圍， h 為普朗克常量再判

12、斷 1宏觀物體可以同時(shí)確定位置和動(dòng)量( )2微觀粒子可以同時(shí)確定位置和動(dòng)量( )3對(duì)于微觀粒子， 不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道其位置和動(dòng)量( )后思考 對(duì)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)分析能不能用“軌跡”來(lái)描述？【提示】不能微觀粒子的運(yùn)動(dòng)遵循不確定關(guān)系，也就是說(shuō)，要準(zhǔn)確確定粒子的位置，動(dòng)量 (或速度 )的不確定量就更大； 反之，要準(zhǔn)確確定粒子的動(dòng)量(或速度 )，位置的不確定量就更大，也就是說(shuō)不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動(dòng)量因而不可能用 “軌跡 ”來(lái)描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)核心點(diǎn)擊 1粒子位置的不確定性： 單縫衍射現(xiàn)象中，入射的粒子有確定的動(dòng)量，但它們可以處于擋板左側(cè)的任何位置， 也就是說(shuō)，粒子在擋板左側(cè)的位置是完全不確

13、定的2粒子動(dòng)量的不確定性第 7頁(yè)(1)微觀粒子具有波動(dòng)性，會(huì)發(fā)生衍射大部分粒子到達(dá)狹縫之前沿水平方向運(yùn)動(dòng)，而在經(jīng)過(guò)狹縫之后， 有些粒子跑到投影位置以外這些粒子具有與其原來(lái)運(yùn)動(dòng)方向垂直的動(dòng)量(2)由于哪個(gè)粒子到達(dá)屏上的哪個(gè)位置是完全隨機(jī)的，所以粒子在垂直方向上的動(dòng)量也具有不確定性，不確定量的大小可以由中央亮條紋的寬度來(lái)衡量h3位置和動(dòng)量的不確定性關(guān)系：x px 4由 x px h 可以知道，在微觀領(lǐng)域，要準(zhǔn)確地確定粒子的位置，動(dòng)量的不4確定性就更大；反之，要準(zhǔn)確地確定粒子的動(dòng)量，那么位置的不確定性就更大4微觀粒子的運(yùn)動(dòng)沒(méi)有特定的軌道： 由不確定關(guān)系x px h可知，微觀4粒子的位置和動(dòng)量是不能同

14、時(shí)被確定的， 這也就決定了不能用“軌跡”的觀點(diǎn)來(lái)描述粒子的運(yùn)動(dòng) 多選關(guān)于不確定性關(guān)系x h 有以下幾種理解，正確的是 ()6 ()xp4a微觀粒子的動(dòng)量不可確定b微觀粒子的位置不可確定c微觀粒子的動(dòng)量和位置不可同時(shí)確定d不確定性關(guān)系不僅適用于電子和光子等微觀粒子，也適用于宏觀物體h【解析】由x p 可知，當(dāng)粒子的位置不確定性小時(shí)，粒子動(dòng)量的不確定性大；反之，當(dāng)粒子的位置不確定性大時(shí)，粒子動(dòng)量的不確定性小故不能同時(shí)測(cè)量粒子的位置和動(dòng)量，故a 、b 錯(cuò)， c 對(duì)不確定性關(guān)系是自然界中的普遍規(guī)律，對(duì)微觀粒子的影響顯著， 對(duì)宏觀物體的影響可忽略， 故 d 正確【答案】 cd7已知 h 5.310 35 j s，試求下列情況中速度測(cè)定的不確定量46(1)一個(gè)球的質(zhì)量m1.0 kg，測(cè)定其位置的不確定量為10m；(2)電子的質(zhì)量 m 9.0 10 31 kg，測(cè)定其位置的不確定量為10 10 m (即在原子的數(shù)量級(jí) )第 8頁(yè)【解析】 (1)m1.0 kg， x1 106 m，由 x px h ， p m v 知 4h5.3