高中物理 17.3粒子的波动性（探究导学课型）课件 新人教版选修3-5.ppt

3粒子的波动性 1 知道光具有波粒二象性 区分光的波动性和粒子性 2 知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性 3 掌握 的含义及应用 一 光的波粒二象性1 光的本性 光的干涉 衍射 偏振现象表明光具有 性 光电效应和康普顿效应表明光具有 性 即光具有 性 波动 粒子 波粒二象 2 光子的能量和动量关系式 1 关系式 p 2 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 h 和p 揭示了光的 性和 性之间的密切关系 h 粒子 波动 粒子 波动 二 粒子的波动性物质波1 德布罗意波 任何一个 的物体 都有一种波与它相对应 这种波叫 也称为德布罗意波 2 物质波的波长 频率关系式 运动着 物质波 3 实验探究思路 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 4 实验验证 1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了 的实验 得到了电子的 证实了运动着的电子具有 干涉 衍射 电子束 衍射 衍射图样 波动性 1 判一判 1 德布罗意认为实物粒子也具有波动性 2 光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦电磁理论 3 波长较长的光只有波动性 没有粒子性 4 向前飞行的子弹具有波动性 提示 1 每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系 2 在光的波粒二象性中 光子能量 h 中 表示了波的特征 因而并没有否定麦克斯韦的电磁说 3 粒子性和波动性是光同时具备的两种属性 4 实物粒子也具有波粒二象性 对子弹来说 其德布罗意波长很短 很难表现出波动性 2 想一想 1 光的波动性与粒子性跟光波频率高低 波长的长短有怎样的关系 提示 光波频率越低 波长越长 光的波动性越明显 光波频率越高 波长越短 光的粒子性越明显 2 每一个运动的物体都有一个对应的波 为什么观察不到一粒飞行着的子弹的波动性 提示 宏观物体在运动时 我们观察不到它们的波动性 但也有一个波与之对应 只是对应飞行的子弹的波的波长太小了 所以观察不到子弹的波动性 但一粒飞行着的子弹的波动性还是存在的 主题一光的波粒二象性 问题探究 1 光的波动性与机械波有何本质区别 提示 光虽然具有波动性 但又具有粒子性 这与机械波有着本质的不同 如传播问题 光可以在真空中传播 且速度比在介质中大 而机械波只能借助介质传播 在真空中不能传播 2 波的两个典型特性是什么 试举出光具有两特性的两实验 提示 1 波的干涉和衍射是波具有的两个典型特性 2 光的单缝衍射和托马斯 杨的双缝干涉实验表明光既能发生衍射又能发生干涉 3 什么现象能说明光具有粒子性 提示 光电效应现象以及康普顿效应现象均说明光具有粒子性 4 描述光的性质的基本关系式 h 和p 中 光的波粒二象性是怎样联系在一起的 提示 描述光的性质的基本关系式 h 和p 中能量 和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量 频率 和波长 是描述物质波动性的典型物理量 两式左侧的物理量 和p描述光的粒子性 右侧的物理量 和 描述光的波动性 它们通过普朗克常量h联系在一起 探究总结 光的粒子性和波动性是统一的 1 光是不连续的 是一份一份的 光的粒子即光子 不同于宏观概念的粒子 但也具有动量和能量 当光同物质发生作用时 表现出粒子的性质 少量或个别光子易显示光的粒子性 频率高 波长短的光 粒子性特征显著 2 光的粒子性并不否定光的波动性 光既具有波动性 又具有粒子性 波动性 粒子性都是光本身的一种属性 只是在不同条件下的表现不同 3 光子的能量与其对应的频率成正比 而频率是波动性特有的物理量 因此E h 揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系 光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体 相互间并不独立存在 即时训练 1 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 在宏观现象中 波与粒子是 的概念 而在微观世界中 波与粒子可以统一 2 光具有波粒二象性是指光在传播过程中和其他物质作用时分别表现出 和 的特性 对立 波 粒子 解析 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 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 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C正确 A B D错误 2 多选 对光的认识 以下说法中正确的是 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情境下光的波动性表现明显 在另外某种情境下 光的粒子性表现明显 解析 选A B D 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 因为大量光子的行为呈现出波动规律 故正确选项有A B D 主题二粒子的波动性物质波 问题探究 1 德布罗意波长与动量的关系是怎样的 提示 如果用动量p来表征实物粒子的粒子性 用波长 来表征实物粒子的波动性 那么 对光适用的关系式也适用于实物粒子 即 这种与实物粒子相联系的波后来称为德布罗意波 也叫做物质波 其中 是德布罗意波长 h是普朗克常量 p是相应的实物粒子的动量 2 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 探究总结 对物质波的理解 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 2 物质波是一种概率波 粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配 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 即时训练 1 多选 根据物质波理论 以下说法中正确的是 A 微观粒子有波动性 宏观物体没有波动性B 宏观物体和微观粒子都具有波动性C 宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长D 速度相同的质子和电子相比 电子的波动性更为明显 解析 选B D 一切运动的物体都有一种物质波与它对应 所以宏观物体和微观粒子都具有波动性 A选项错误 B选项正确 宏观物体的物质波波长很短 不易观察到它的波动性 所以C选项错误 速度相同的质子与电子相比 电子质量小 物质波波长更长 所以电子波动性更明显 所以D选项正确 2 如果一个中子和一个质量为10g的子弹都以103m s的速度运动 则它们的德布罗意波的波长分别是多大 中子的质量为1 67 10 27kg 解题探究 1 物体或粒子的动量p与质量m 运动速度v之间的关系是p 2 德布罗意波长 与物体的动量p 普朗克常量h之间的关系是 mv 解析 中子的动量为 p1 m1v 子弹的动量为 p2 m2v 据 知中子和子弹的德布罗意波长分别为联立以上各式解得 将m1 1 67 10 27kg v 1 103m s h 6 63 10 34J s m2 1 0 10 2kg代入上面两式可解得 1 4 0 10 10m 2 6 63 10 35m 答案 4 0 10 10m6 63 10 35m