高中物理第十七章波粒二象性第3节粒子的波动性教师用书新人教版.docx

第3节粒子的波动性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了解德布罗意波和粒子动量的关系一、光的波粒二象性1波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性2光子的能量和动量：光子的能量和动量p可分别表示为：h，p.能量和动量p是描述物质粒子性的重要物理量；波长和频率是描述物质波动性的典型物理量普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁1(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)(2)(3)二、粒子的波动性及物质波的实验验证1粒子的波动性(1)德布罗意波：每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫物质波(2)物质波的波长、频率关系式：波长：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年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性(3)说明人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的和关系同样正确宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多，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2(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)(2)(3)知识点一对光的波粒二象性的理解 实验基础表现说明光的波动性干涉和衍射(1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述(2)足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质(3)波长长的光容易表现出波动性(1)光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的(2)光的波动性不同于宏观观念的波光的粒子性光电效应、康普顿效应(1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质(2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性(3)波长短的光，粒子性显著(1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的(2)光子不同于宏观观念的粒子有关光的波粒二象性的下列说法中，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析同一种光在不同条件下，有时表现出波动性，有时表现出粒子性，A错电子是实物粒子，有静止质量；光子无静止质量，以场的形式存在，B错光的波长越长(频率越低)，其波动性越显著，反之，粒子性越显著，C对大量光子的行为往往表现出波动性，D错答案C光既有波动性又有粒子性，二者是统一的光的波长越长，波动性越强，波长越短，粒子性越强个别光子易显示粒子性，大量光子易显示波动性知识点二物质波的理解和波长计算 1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2计算物质波波长的方法(1)根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式pmv.(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p；微观粒子的动能：Ekmv2，动量pmv.下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是()A任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波BX光的衍射证实了物质波的假设是正确的C电子的衍射证实了物质波的假设是正确的D宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性解析运动的物体才具有波动性，A项错；宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍具有波动性，D项错；X光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的存在，B项错答案C物质波波长的计算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长？(中子的质量为1.671027 kg)解析中子的动量为p1m1v，子弹的动量为p2m2v，据知中子和子弹的德布罗意波的波长分别为1，2联立以上各式解得：1，2将m11.671027 kg，v1103 m/s，h6.631034 Js，m21.0102 kg代入上面两式可解得14.01010 m，26.631035 m.答案4.01010 m6.631035 m本题考查德布罗意波的波长计算一般先求出动量，再由公式求德布罗意波的波长注意将各物理量统一采用国际制单位典型问题人类对光的本性认识历程光的本性是什么？从牛顿的光的微粒说，到托马斯杨和菲涅耳的光的波动说，从麦克斯韦的光的电磁说，到爱因斯坦的光子说，人类对光的认识构成了一部科学史诗微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性年代17世纪17世纪19世纪中期20世纪中期20世纪初代表人物牛顿惠更斯麦克斯韦爱因斯坦公认实验依据光的直线传播、光的反射光的干涉、衍射能在真空中传播，是横波，光速等于电磁波速光电效应、康普顿效应光既有波动现象，又有粒子特征内容要点光是一群弹性粒子光是一种机械波光是一种电磁波光是由一份一份光子组成的光是具有电磁本性的物质，既有波动性又有粒子性关于光的本性，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光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性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选项C正确、选项A、B、D错误答案C(多选)人类对光的本性的认识经历了曲折的过程下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是()A牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B光的双缝干涉显示了光的波动性C麦克斯韦预言了光是一种电磁波D光具有波粒二象性 解析：选BCD.牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，显然选项A错误；干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，选项B正确；麦克斯韦根据光的传播不需要介质，以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等，认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，选项C正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，选项D正确随堂达标 1(2016哈尔滨高二检测)下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是()A光的色散和光的干涉B光的干涉和光的衍射C泊松亮斑和光电效应D光的反射和光电效应解析：选C.光的干涉、衍射、泊松亮斑是光的波动性的证据，光电效应说明光具有粒子性，光的反射和色散不能说明光具有波动性或粒子性，故选项C正确2对光的认识，以下说法正确的是()A光波和声波的本质相同，都具有波粒二象性B光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的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解析：选D.光波是电磁波，具有波粒二象性，声波是机械波，是振动在介质中的传播，二者本质不同，A错；光的干涉、衍射现象，这属于波的特征，微粒说无法解释光电效应现象用波动说无法解释，而用光子说可以完美地进行解释，证实光具有粒子性因此，光既具有波动性，又具有粒子性，B错；光的波动性与粒子性都是光的本质属性，只是表现明显与否，不容易观察并不说明不具有，C错；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，D对3下列说法中正确的是()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：选C.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，只有选项C正确4电子经电势差为U220 V的电场加速，在vc的情况下，求此电子的德布罗意波长(已知：电子质量为9.111031 kg，电子电荷量为1.61019 C)解析：在电场作用下mv2eU，得v，根据德布罗意波长得 nm，由于电压U220 V，代入上式得 nm8.29102 nm8.291011 m.答案：8.291011 m课时作业 学生用书P82(独立成册)一、单项选择题1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光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无法统一D以上说法均错误解析：选B.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；光的波动性和粒子性不是孤立的，而是有机的统一体，C错2下列说法正确的是()A光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点B光不具有波动性C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D实物粒子和光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是相同本质的物质解析：选C.光的波动性和光的粒子性不同于宏观的机械波和粒子，属于微观世界，A错误；光既具有波动性又具有粒子性，B错误；光的波动性和粒子性是光的行为，即光具有波粒二象性，C正确；实物粒子虽然与光子具有某些相同的现象，但粒子是实物，而光则是传播着的电磁波，其本质不同，D错误3如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们也相等的是()A速度B动能C动量 D总能量解析：选C.根据德布罗意波的波长公式可知，如果电子的德布罗意波长与中子相等，则电子与中子一定具有相同的动量，故C项正确4(2016昆明高二检测)X射线是一种高频电磁波，若X射线在真空中的波长为，以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，则()AE，p0 BE，CE，p0 DE，p解析：选D.根据Eh，且，c可得X射线每个光子的能量为E，每个光子的动量为p，故选D.5影响显微镜分辨率本领的一个因素是衍射，衍射现象越明显，分辨本领越低使用电子束工作的电子显微镜有较高的分辨本领，它利用高压对电子束加速，最后打在感光胶片上来观察显微图像以下说法正确的是()A加速电压越高，电子的波长越长，分辨本领越强B加速电压越高，电子的波长越短，衍射现象越明显C如果加速电压相同，则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领强D如果加速电压相同，则用质子流工作的显微镜比用电子流工作的显微镜分辨本领弱解析：选C.设加速电压为U，电子电荷量为e，质量为m，则有Ekmv2eU，又p，故eU，可得.对电子来说，加速电压越高，越小，衍射现象越不明显，故选项A、B错误；电子与质子比较，因质子质量比电子质量大得多，可知质子加速后的波长要小得多，衍射现象不明显，分辨本领强，故选项C正确，选项D错误二、多项选择题6(2016山西临汾高二检测)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：选AD.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，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，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，B错误；频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著，C错误7下列说法中正确的是()A光的干涉和衍射说明光具有波动性B光的频率越大，波长越长C光的波长越长，光子的能量越大D光在真空中的传播速度为3.0108 m/s解析：选AD.干涉和衍射现象是波的特性，说明光具有波动性，选项A正确；光的频率越大，波长越短，光子能量越大，故选项B、C错误；光在真空中的传播速度为3108 m/s，故选项D正确8(2015高考江苏卷)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有()A光电效应现象揭示了光的粒子性B热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性C黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等解析：选AB.光电效应现象、黑体辐射的实验规律都可以用光的粒子性解释，选项A正确，选项C错误；热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，选项B正确；由德布罗意波长公式和p22mEk知动能相等的质子和电子动量不同，德布罗意波长不相等，选项D错误9频率为的光子，德布罗意波波长为，能量为E，则光的速度为()A. BpEC. D.解析：选AC.根据c，Eh，即可解得光的速度为或，故选A、C.10根据物质波的理论，下列说法正确的是()A微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B微观粒子和宏观物体都具有波动性C宏观物体的波动性不易被察觉，因为它的波长太长D速度相同的质子和电子，电子的波动性更为明显解析：选BD.一切运动物体都有一种波与它相对应，所以宏观物体也具有波动性，选项A错误，选项B正确；物质波的波长与其动量成反比，因宏观物体的动量较大，所以其德布罗意波