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3 粒子的波动性,情 景 导 入,如图,一台电子显微镜,竖直圆筒的上、下两端分别装着负极和正极,电压可高达1106 V。它的分辨本领很高,可以看清大小为0.2 nm的物体。 你知道电子显微镜的分辨本领与哪些因素有关吗?,思 维 导 图,一,二,填一填,练一练,一、光的波粒二象性(见课本第37页) 1. 2.光子的能量和动量:能量表达式=h,动量表达式 。 3.意义:能量和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量;波长和频率是描述物质的波动性的典型物理量。因此=h和 揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系。,一,二,填一填,练一练,二、粒子的波动性及实验验证(见课本第37页) 1.粒子的波动性 (1)德布罗意波:任何一种实物粒子都和一个波相对应,这种波被称为德布罗意波,也叫物质波。 (2)物质波的波长和频率: 2.物质波的实验验证 (1)实验探究思路:干涉、衍射是波特有的现象,如果实物粒子具有波动性,则在一定条件下,也应该发生干涉或衍射现象。 (2)实验验证:1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验,得到了电子的衍射图样,证实了电子的波动性。,一,二,填一填,练一练,(3)说明: 人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性,对于这些粒子,德布罗意给出的 关系同样正确。 宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多,宏观物体运动时的动量很大,对应的德布罗意波的波长很小,根本无法观察到它的波动性。,填一填,练一练,下列说法中正确的是( ) A.质量大的物体,其德布罗意波长小 B.速度大的物体,其德布罗意波长小 C.动量大的物体,其德布罗意波长小 D.动能大的物体,其德布罗意波长小 解析:由德布罗意假说知德布罗意波长 ,式中h为普朗克常量,p为运动物体的动量,可见p越大,越小;p越小,越大。故C正确,A、B、D错误。 答案:C,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一人类对光的本性的研究 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,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1.对光的本性认识史 人类对光的认识经历了漫长的历程,从牛顿的光的微粒说到托马斯杨和菲涅耳的波动说,从麦克斯韦的光的电磁说到爱因斯坦的光子说。直到20世纪初,对于光的本性的认识才提升到一个更高层次,即光具有波粒二象性。对于光的本性认识史,列表如下:,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,2.对光的波粒二象性的理解,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题1】 有关光的本性,下列说法正确的是( ) A.光既具有波动性,又具有粒子性,两种性质是不相容的 B.光的波动性类似于机械波,光的粒子性类似于质点 C.大量光子才具有波动性,个别光子只具有粒子性 D.由于光既具有波动性,又具有粒子性,无法只用其中一种去说明光的一切行为,只能认为光具有波粒二象性 解析:光既具有波动性,又具有粒子性,但它又不同于宏观观念中的机械波和粒子。波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现,是同一客体的两个不同侧面、不同属性,我们无法用其中的一种去说明光的一切行为,只能认为光具有波粒二象性。只有选项D正确。 答案:D,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练1 对光的认识,下列说法中正确的是( ) A.个别光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动性 B.光的波动性是光子本身的一种属性,不是光子之间的相互作用引起的 C.光表现出波动性时,就不具有粒子性了;光表现出粒子性时,就不具有波动性了 D.光的波粒二象性应理解为:在某种场合下光的波动性表现明显,在另外某种场合下,光的粒子性表现明显,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,解析:个别光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表现为波动性;光与物质相互作用,表现为粒子性,光的传播表现为波动性;光的波动性与粒子性都是光的本质属性,因为波动性表现为粒子分布概率,光的粒子性表现明显时仍具有波动性,因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律,故正确选项有A、B、D。 答案:ABD,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究二对物质波的理解 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。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1.任何物体,小到电子、质子,大到行星、太阳都存在波动性,我们之所以观察不到宏观物体的波动性,是因为宏观物体对应的波长太小的缘故。 2.粒子在空间各处出现的几率受统计规律支配,不要以宏观观念中的波来理解德布罗意波。 3.德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广,使之包括了所有的物质粒子,即光子与实物粒子都具有粒子性,又都具有波动性,与光子对应的波是电磁波,与实物粒子对应的波是物质波。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,4.求解物质波波长的方法 (1)根据已知条件,写出宏观物体或微观粒子动量的表达式p=mv。 (2)根据波长公式 求解。 (3)注意区分光子和微观粒子的能量和动量的不同表达式。如光子的能量=h,动量 ;微观粒子的动能 ,动量p=mv。 (4)一般宏观物体物质波的波长很短,波动性很不明显,难以观察到其衍射现象,如只有利用金属晶格中的狭缝才能观察到电子的衍射图样。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,【例题2】如果一个中子和一个质量为10 g的子弹都以103 m/s的速度运动,则它们的德布罗意波的波长分别是多少?(中子的质量为1.6710-27 kg,h=6.6310-34 Js) 解析:中子的动量为p1=m1v 子弹的动量为p2=m2v 中=4.010-10 m 子=6.6310-35 m。 答案:4.010-10 m 6.6310-35 m,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,变式训练2 一质量为450 g的足球以10 m/s的速度在空中飞行;一个初速度为零的电子,通过电压为100 V的加速电场。试分别计算它们的德布罗意波长。其中,电子质量为9.110-31 kg,普朗克常量h=6.6310-34 Js。,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,探究一,探究二,问题导引,名师精讲,典例剖析,1,2,3,4,5,1.关于光的波粒二象性的理解正确的是( ) A.大量光子的行为往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性 B.光在传播时是波,而与物质相互作用时就转变成粒子 C.高频光是粒子,低频光是波 D.波粒二象性是光的根本属性,有时它的波动性显著,有时它的粒子性显著 解析:光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显,有时候表现出的波动性较明显,选项D正确;大量光子的效果往往表现出波动性,个别光子的行为往往表现出粒子性,选项A正确;光在传播时波动性显著,光与物质相互作用时粒子性显著,选项B错误;频率高的光粒子性显著,频率低的光波动性显著,选项C错误。 答案:AD,1,2,3,4,5,2.关于物质波,下列说法错误的是( ) A.任何运动的物体(质点)都伴随一种波,这种波叫物质波 B.X射线的衍射实验,证实了物质波假设是正确的 C.电子的衍射实验,证实了物质波假设是正确的 D.宏观物体尽管可以看作物质波,但它们不具有干涉、衍射等现象,1,2,3,4,5,解析:据德布罗意物质波理论知,任何一个运动的物体,小到电子、质子,大到行星、太阳,都有一种波与之相对应,这种波就叫物质波,可见,选项A正确;由于X射线本身就是一种波,而不是实物粒子,故X射线的衍射现象,并不能证实物质波理论的正确性,即选项B错误;电子是一种实物粒子,电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性,故选项C正确;由电子穿过铝箔的衍射实验知,少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的,无规律的,但大量电子穿过铝箔后落的位置则呈现出衍射图样,即大量电子的行为表现出电子的波动性,干涉、衍射是波的特有现象,只要是波,都会发生干涉、衍射现象,故选项D错误。 答案:BD,1,2,3,4,5,3.下列说法正确的是( ) A.物质波属于机械波 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、太阳都具有一种波和它对应,这种波叫做物质波 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,故只有选项C正确。 答案:C,1,2,3,4,5,4.在中子衍射技术中,常利用热中子研究晶体的结构,因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距相近,已知中子质量m=1.6710-27 kg,普朗克常量h=6.6310-34 Js,可以估算出德布罗意波长=1.8210-10 m的热中子的动量的数量级可能是( ) A.10-17 kgm/s B.10-18 kgm/s C.10-20 kgm/s D.10-24 kgm/s 解析:根据德布罗意波长公式 可见,热中子的动量的数量级是10-24 kgm/s。 答案:D,1,2,3,4,5,5. (选做题) 如图,为证实电子波存在的实验装置,从F上漂出的热电子可认为初速度为零,所加加速电压U=104 V,电子质量为m=0.9110-30 kg。电子被加速后通过小孔K1和K2后入射到薄的金膜上,发生衍射,结果在照相底片上形成同心圆明暗条纹。试计算电子的德布罗意波长。,1,2,3,4,5,
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