光的波粒二象性 全章復(fù)習(xí)

朝陽四高中高二物理導(dǎo)學(xué)案

年級：高二科目：物理

周次：第3周 序號:11 主備人：劉飛題目：全章復(fù)習(xí)本章知識概括1．知識網(wǎng)絡(luò)2.要點(diǎn)回顧(黑體輻射的實(shí)驗規(guī)律：隨著溫度的升高，各種波長的幅度都增加，輻射強(qiáng)度的極大值向波長較短的方向移動能量子：微觀粒子的能量是量子化的；s=hv產(chǎn)生條件：入射光頻率大于被照射金屬的極限頻率入射光頻率一決定每個光子能量E=hv一決定光電子逸出后最大初動能入射光強(qiáng)度一決定每秒鐘逸出的光電子數(shù)一決定光電流大小光電效應(yīng)］(4)愛因斯坦光電效應(yīng)方程Ek=hv—WW表示金屬的逸出功，又V表示金屬的極限頻率，則W二hvcw=hvCc c c「用X射線照射物體時，散射出來的X射線的波長會變長康普頓效應(yīng) hI光子不僅具有能量，也具有動量，p=—九光的波粒二象性光既具有波動性，又具有粒子性，光的波動性和粒子性是光在不同條件下的不同表現(xiàn)光的波粒二象性大量的光子產(chǎn)生的效果顯示波動性；個別光子產(chǎn)生的效果顯示粒子性波長短的光粒子性顯著，波長長的光波動性顯著當(dāng)光和其他物質(zhì)發(fā)生相互作用時表現(xiàn)為粒子性，當(dāng)光在傳播時表現(xiàn)為波動性1(5)光波不同于宏觀觀念中那種連續(xù)的波，它是表示大量光子運(yùn)動規(guī)律的一種概率波(1)一切運(yùn)動的物體都具有波粒二象性h粒子的波動性＜(2)物質(zhì)波波長九=—P(3)物質(zhì)波既不是機(jī)械波，也不是電磁波，而是概率波周次：第3周 序號:11 主備人：劉飛h不確定性關(guān)系：AxAp>4L,Ax表示粒子位置的不確定量，Ap表示粒子在x方向上的動量的不確定量．電子云：電子在原子核外空間出現(xiàn)的概率大小的形象表示．【典型例題】類型一、粒子的波動性例1．科學(xué)研究表明：能量守恒和動量守恒是自然界的普遍規(guī)律．從科學(xué)實(shí)踐的角度來看，迄今為止，人們還沒有發(fā)現(xiàn)這些守恒定律有任何例外．相反，每當(dāng)在實(shí)驗中觀察到似乎是違反守恒定律的現(xiàn)象時，物理學(xué)家們就會提出新的假設(shè)來補(bǔ)救，最后總是以有新的發(fā)現(xiàn)而勝利告終．如人們發(fā)現(xiàn)，兩個運(yùn)動著的微觀粒子在電磁場的相互作用下，兩個粒子的動量的矢量和似乎是不守恒的．這時物理學(xué)家又把動量的概念推廣到了電磁場，把電磁場的動量也考慮進(jìn)去，總動量就又守恒了．現(xiàn)有沿一定方向運(yùn)動的光子與一個原來靜止的自由電子發(fā)生碰撞后自由電子向某一方向運(yùn)動，而光子沿另一方向散射出去．這個散射出去的光子與入射前相比較，其波長 （填“增大”“減小”或“不變”）．【思路點(diǎn)撥】光子具有動量且與其他物質(zhì)相互作用時，動量守恒?！咀兪健坑嘘P(guān)光的本性，下列說法正確的是（）．光既具有波動性，又具有粒子性，兩種性質(zhì)是不相容的光的波動性類似于機(jī)械波，光的粒子性類似于質(zhì)點(diǎn)大量光子才具有波動性，個別光子只具有粒子性由于光既具有波動性，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例2．在光的雙縫干涉實(shí)驗中，在光屏上放上照相底片，并設(shè)法減弱光的強(qiáng)度，盡可能使光子一個一個地通過狹縫，分別在曝光時間不長和足夠長的情況下，實(shí)驗結(jié)果是（）．若曝光時間不長，則底片上出現(xiàn)一些無規(guī)則分布的點(diǎn)若曝光時間足夠長，則底片上出現(xiàn)干涉條紋實(shí)驗結(jié)果表明光具有波動性實(shí)驗結(jié)果表明光具有粒子性【變式】科學(xué)家設(shè)想未來的宇航事業(yè)中利用太陽帆來加速星際飛船，設(shè)該飛船所在地每秒每單位面積接收到的光子數(shù)為n，光子平均波長為九，太陽帆面積為S，反射率100%，設(shè)太陽光垂直射到太陽帆上，飛船總質(zhì)量為m.（1） 求飛船加速度的表達(dá)式（光子動量p二h/九）.（2） 若太陽帆是黑色的，飛船的加速度又為多少？朝陽四高中高二物理導(dǎo)學(xué)案

年級：高二科目：物理

周次：第3周 序號:11 主備人：劉飛例3．我們能感知光現(xiàn)象是因為我們接收到了一定能量的光．一個頻率是106Hz的無線電波的光子的能量是多大？一個頻率為6X104HZ的綠色光子和一個頻率為1018Hz的Y光子的能量各是多大？請結(jié)合以上光子能量的大小，從概率波的角度說明：為什么低頻電磁波的波動性顯著而高頻電磁波的粒子性顯著？舉一反三:【變式】20世紀(jì)20年代，劍橋大學(xué)學(xué)生G?泰勒做了一個實(shí)驗.在一個密閉的箱子里放上小燈泡、熏黑的玻璃、狹縫、針尖、照相底片，整個裝置如圖所示，小燈泡發(fā)出的光通過熏黑的玻璃后變得十分微弱，經(jīng)過三個月的曝光，在底片上針尖影子周圍才出現(xiàn)非常清晰的衍射條紋，泰勒對此照片的平均黑度進(jìn)行測量，得出每秒到達(dá)底片的能量是5X1曠13J.假設(shè)起作用的光波長約為500nm，計算從一個光子到達(dá)和下一個光子到達(dá)所相隔的平均時間，及光束中兩鄰近光子之間的平均距離；如果當(dāng)時實(shí)驗用的箱子長為1.2m,根據(jù)(1)的計算結(jié)果，能否找到支持光是概率波的證據(jù)？類型二、不確定關(guān)系例4.關(guān)于物質(zhì)波，下列認(rèn)識錯誤的是( ).任何運(yùn)動的物體(質(zhì)點(diǎn))都伴隨一種波，這種波叫物質(zhì)波周次：第3周序號:11 主備人：劉飛~~B.X射線的衍射實(shí)驗，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的電子的衍射實(shí)驗，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的宏觀物體盡管可以看做物質(zhì)波，但它們不具有干涉、衍射等現(xiàn)象舉一反三:【變式】關(guān)于物質(zhì)波，下列說法正確的是().速度相等的電子和質(zhì)子，電子的波長大動能相等的電子和質(zhì)子，電子的波長小動量相等的電子和中子，中子的波長小甲電子速度是乙電子的3倍，甲電子的波長也是乙電子的3倍例5.—質(zhì)量為450g的足球以10m/s的速度在空中飛行；一個初速度為零的電子，通過電壓為100V的電場加速試分別計算它們的德布羅意波長，其中，電子質(zhì)量為9.1x10—31kg，普朗克常量h二6.63xl0-34j.s.舉一反三:【變式】質(zhì)量為10g，速度為300m/s在空中飛行的子彈，其德布羅意波長是多少？為什么我們無法觀察出其波動性？如果能夠用特殊的方法觀察子彈的波動性，我們是否能夠看到子彈上下或左右顫動著前進(jìn)，在空中描繪出正弦曲線或其他周期性曲線？為什么？h例7.已知一=5.3x10-35J.s，試求下列情況