高中物理 第17章 波粒二象性 3 粒子的波动性课件 新人教版选修3-5.ppt

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1 106V 它的分辨本领很高 可以看清大小为0 2nm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少 中子的质量为1 67 10 27kg h 6 63 10 34J s 解析 中子的动量为p1 m1v子弹的动量为p2 m2v 中 4 0 10 10m 子 6 63 10 35m 答案 4 0 10 10m6 63 10 35m 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450g的足球以10m s的速度在空中飞行 一个初速度为零的电子 通过电压为100V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 1 10 31kg 普朗克常量h 6 63 10 34J s 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 67 10 27kg 普朗克常量h 6 63 10 34J s 可以估算出德布罗意波长 1 82 10 10m的热中子的动量的数量级可能是 A 10 17kg m sB 10 18kg m sC 10 20kg m sD 10 24kg m 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 24kg m 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 104V 电子质量为m 0 91 10 30kg 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