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3粒子的波动性,一、光的波粒二象性(1)19世纪初托马斯杨、菲涅耳、马吕斯等分别观察到了光的_、_和偏振现象。(2)19世纪60年代和80年代,麦克斯韦和赫兹先后从理论上和实验上确认了光的_本质。(3)光电效应和康普顿效应揭示了光的_。,干涉,衍射,电磁波,粒子性,(4),波动性,衍射,粒子性,光电效应,波动性,粒子性,波粒,二象性,(5)光子的能量和动量:能量:=_。动量:p=_。(6)意义:能量和动量p是描述物质的_性的重要物理量;波长和频率是描述物质的_性的典型物理量。因此=_和p=_揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系。,h,粒子,波动,h,【判一判】(1)光的干涉、洐射、偏振现象说明光具有波动性。()(2)光子数量越大,其粒子性越明显。()(3)光具有粒子性,但光子又不同于宏观观念的粒子。()提示:(1)。光的干涉、洐射、偏振现象是波动特有的现象。(2)。光子数量越大,粒子性越强。(3)。光具有粒子性,但光子又不同于宏观观念的粒子,具有波粒二象性。,二、粒子的波动性及实验验证1.粒子的波动性:(1)德布罗意波:每一个_的粒子都与一个对应的波相联系,这种与_相联系的波称为德布罗意波,也叫_。(2)物质波的波长:=_。(3)物质波的频率:=_。,运动,实物粒子,物质波,2.物质波的实验验证:(1)实验探究思路:_、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_或衍射现象。(2)实验验证:1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了_衍射的实验,得到了_的衍射图样,证实了_的波动性。(3)说明:人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的_,对于这些粒子,德布罗意给出的=和=关系同样正确。,干涉,干涉,电子束,电子,电子,波动性,【判一判】(1)一切宏观物体都伴随一种波,即物质波。()(2)湖面上的水波就是物质波。()(3)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性。()提示:(1)。一切宏观物体都具有波动性,不是伴随波。(2)。水波与物质波是不同的。(3)。衍射现象是波所特有的现象,可以证明波动性。,一、人类对光的本性的研究思考探究:(1)认识光的波粒二象性,应从微观角度还是宏观角度?提示:光既表现出波动性又表现出粒子性,要从微观的角度建立光的行为图像,认识光的波粒二象性。,(2)光在传播过程中,有的光是波,有的光是粒子,这句话正确吗?提示:不正确。其原因是没有真正理解光的波粒二象性。事实上,光是一种波,同时也是一种粒子,光具有波粒二象性,并不是有的光是波,有的光是粒子。,【归纳总结】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、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。直到二十世纪初,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:,2.对光的波粒二象性的理解:,【典例示范】下列有关光的波粒二象性的说法中,正确的是()A.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C.光的波长越长,其波动性越显著;波长越短,其粒子性越显著D.大量光子的行为往往显示出粒子性,【解题探究】(1)波与粒子是一回事吗?提示:在宏观现象中,波与粒子是对立的概念,而在微观世界中,波与粒子可以统一。由于我们的经验局限于宏观物体的运动,微观世界的某些属性与宏观世界不同,我们从来没有过类似的经历,光既不是宏观观念的波,也不是宏观观念的粒子,光具有波粒二象性是指光在传播过程中和同其他物质作用时分别表现出波和粒子的特性。,(2)光的行为有什么特点?提示:大量光子的行为易表现出波动性,个别光子的行为易表现出粒子性,光的波长越长,波动性越显著,光的波长越短,粒子性越显著。,【正确解答】选C。一切光都具有波粒二象性,光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性,光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性,所以,不能说有的光是波,有的光是粒子。虽然光子与电子都是微观粒子,都具有波粒二象性,但电子是实物粒子,有静止质量,光子不是实物粒子,没有静止质量,电子是以实物形式存在的物质,光子是以场形式,存在的物质,所以,不能说光子与电子是同样的一种粒子。光的波粒二象性的理论和实验表明,大量光子的行为表现出波动性,个别光子的行为表现出粒子性。光的波长越长,衍射性越好,衍射性越好,即波动性越显著,光的波长越短,其光子能量越大,个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应,所以其粒子性就很显著,故选项C正确,A、B、D错误。,【过关训练】1.对于光的波粒二象性的说法,正确的是()A.一束传播的光,有的光是波,有的光是粒子B.光波与机械波是同样的一种波C.光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的D.光是一种波,同时也是一种粒子,光子说并未否定电磁说,在光子能量=h中,频率仍表示的是波的特性,【解析】选D。光是一种波,同时也是一种粒子,光具有波粒二象性,当光和物质作用时,是“一份一份”的,表现出粒子性;单个光子通过双缝后在空间各点出现的可能性可以用波动规律描述,表现出波动性。粒子性和波动性是光子本身的一种属性,光子说并未否定电磁说。,2.(多选)关于光的波动性与粒子性,以下说法正确的是()A.爱因斯坦的光子说否定了光的电磁说B.光电效应现象说明了光的粒子性C.光波不同于机械波,它是一种概率波D.光的波动性和粒子性是相互矛盾的,无法统一,【解析】选B、C。爱因斯坦的光子说并没有否定电磁说,只是在一定条件下光是体现粒子性的,A错;光电效应说明光具有粒子性,说明光的能量是一份一份的,B对;光子在少量的情况下体现粒子性,大量的情况下体现波动性,所以C对;光的波动性和粒子性不是孤立的,而是有机的统一体,D错。,【补偿训练】1.能够证明光具有波粒二象性的现象是()A.光的干涉、衍射现象和光电效应B.光的反射与小孔成像C.光的折射与偏振现象D.光的干涉、衍射与光的色散【解析】选A。小孔成像说明光沿直线传播,选项C、D说明光的波动性。故选项A正确。,2.关于光的本性,下列说法中正确的是()A.关于光的本性,牛顿提出“微粒说”,惠更斯提出“波动说”,爱因斯坦提出“光子说”,它们都说明了光的本性B.光具有波粒二象性是指:既可以把光看成宏观概念上的波,也可以看成微观概念上的粒子C.光在传播时往往表现出波动性,光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性D.光的波粒二象性是将牛顿的粒子说和惠更斯的波动说真正有机地统一起来,【解析】选C。光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述,不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波,光的粒子性是指光的能量是一份一份的,每一份是一个光子,不是牛顿微粒说中的经典微粒。某现象说明光具有波动性,是指波动理论能解释这一现象。某现象说明光具有粒子性,是指能用粒子说解释这个现象。要区分说法和物理史实与波粒二象性之间的关系。光在传播时容易表现出波动性,与物质发生作用时易表现出粒子性。C正确,A、B、D错误。,二、对物质波的理解思考探究: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。,提示:波粒二象性是微观粒子的特殊规律,一切微观粒子都存在波动性,宏观物体(汽车)也存在波动性,只是因为宏观物体质量大,动量大,波长短,难以观测,而微观粒子如电子、质子、中子以及原子、分子的波动性为宏观物体具有波动性奠定了事实基础。,【归纳总结】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,不要以宏观观点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。,【典例示范】质量为10g、速度为300m/s在空中飞行的子弹,其德布罗意波长是多少?为什么我们无法观察出其波动性?,【解题探究】(1)如何计算德布罗意波的波长?提示:先求出子弹的动量,根据德布罗意波长公式=计算波长。(2)波长较短的波与波长较长的波哪种波动性显著?提示:波长越长的波,波动性越显著。,【正确解答】根据德布罗意的观点,任何运动着的物体都有一种波和它对应,飞行的子弹必有一种波与之对应。子弹的动量为p=mv=1010-3300kgm/s=3kgm/s子弹的德布罗意波长为=2.2110-34m由于子弹的德布罗意波长极短,故无法观察到其波动性。答案:2.2110-34m由于子弹的德布罗意波长极短,无法观察到其波动性,【过关训练】下列说法中正确的是()A.质量大的物体,其德布罗意波长短B.速度大的物体,其德布罗意波长短C.动量大的物体,其德布罗意波长短D.动能大的物体,其德布罗意波长短,【解析】选C。由德布罗意假说得,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。,【补偿训练】1.(多选)关于物质波,下列认识中错误的是()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,【解析】选B、D。根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,A选项是正确的;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B选项错误;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C选项是正确的;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。综合以上分析知,本题应选B、D。,2.(多选)关于物质波,以下说法正确的是()A.任何运动物体都具有波动性B.湖面上形成的水波就是物质波C.通常情况下,质子比电子的波长长D.核外电子绕核运动时,并没有确定的轨道,【解析】选A、D。任何运动物体都具有波动性,选项A正确;湖面上形成的水波是机械波而不是物质波,选项B错误;电子的动量比质子的动量往往要小一些,由=知,电子的德布罗意波波长要长,选项C错误;由于电子的波动性,核外电子绕核运动不可能有确定的轨道,选项D正确。,【规律方法】有关德布罗意波计算的一般方法(1)计算物体的速度,再计算其动量。如果知道物体动能也可以直接用p=计算其动量。(2)根据=计算德布罗意波长。(3)需要注意的是:德布罗意波长一般都很短,比一般的光波波长还要短,可以根据结果的数量级大致判断结果是否合理。(4)宏观物体的波长小到可以忽略,其波动性很不明显。,【拓展例题】考查内容:微观粒子与宏观物体的德布罗意波长的求解【典例示范】如果一个中子和一个质量为104kg的火箭都以103m/s的速度运动,则它们的德布罗意波的波长分别是多长?(中子的质量为1.6710-27kg),【正确解答】中子的动量为:p1=m1v,火箭的动量为:p2=m2v,据=知中子和火箭的德布罗意波长分别为:联立以上各式解得:将m1=1.6710-27kg,v=1103m/s,h=6.6310-34Js,m2=104kg代入上面两式可解得:1=4.010-10m,2=6.6310-41m。答案:4.010-10m6.6310-41m,
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