高中物理 第17章 第3节 粒子的波动性同步辅导与检测课件 新人教版选修35.ppt

第3节粒子的波动性 波粒二象性 电子一个接一个穿过双缝的衍射实验结果玻恩的概率波概念可以用电子双缝衍射的实验结果来说明 如下图所示 电子双缝衍射图样和光的双缝衍射图样完全一样 显示不出粒子性 更没有什么概率那样的不确定特征 但那是用大量的电子 或光子 做出的实验结果 如果减弱入射电子束的强度以致使电子一个一个依次通过双缝 则随着电子数的积累 衍射 图样 依次如图中各图所示 图 a 是只有一个电子穿过双缝所形成的图像 图 b 是几个电子穿过后形成的图像 图 c 是几十个电子穿过后形成的图像 这几幅图像说明电子的确是粒子 因为图像是由点组成 它们同时也说明 电子的去向是完全不确定的 一个电子到达何处完全是概率事件 随着入射电子总数的增 多 衍射图样依次为 d e f 诸图所示 电子的堆积情况逐渐显示出了条纹 最后就呈现明晰的衍射条纹 这条纹和大量电子短时间内通过双缝后形成的条纹一样 这些条纹把单个电子的概率行为完全淹没了 这又说明单个电子的去向是概率性的 但其概率在一定条件 如双缝 下还是有确定的规律的 这些就是玻恩概率波概念的核心 图中表示的实验结果明确地说明了物质波并不是经典的波 而是所谓的 概率波 1 光的波粒二象性 1 光的波粒二象性 光既具有 性 又具有 性 2 光子的能量 动量p 能量 和动量p是描述光的 的物理量 频率 和波长 是描述光的 的物理量 光的波粒二象性是通过 联系在一起的 3 能表明光具有波动性的现象有 能表明光具有粒子性的事实有 答案 1 波动粒子 2 h h 粒子性波动性普朗克常量h 3 干涉 衍射等光电效应 康普顿效应等 2 粒子的波动性法国物理学家 提出 实物粒子也具有 即每一个运动的粒子都与一个对应的 相联系 且粒子的能量 和动量p跟它所对应的波的频率 和波长 之间 也像光子跟光波一样 满足 关系 这种与实物粒子相联系的波称为 也叫做 3 物质波的实验验证1927年戴维孙和g p 汤姆生分别利用晶体做了 的实验 得到了 从而证实了电子的 答案 2 德布罗意波动性波 hh p德布罗意波物质波3 电子束衍射电子衍射图样波动性 一 光的波粒二象性1 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 h 3 光子的动量 p 注 物理量 和p描述光的粒子性 物理量 和 描述光的波动性 h架起了粒子性与波动性的桥梁 2 光的波动性与粒子性的统一 1 大量光子产生的效果显示出波动性 比如干涉 衍射现象中 如果用强光照射 在光屏上立刻出现了干涉 衍射条纹 波动性体现了出来 个别光子产生的效果显示出粒子性 如果用微弱的光照射 在屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点 粒子性得到充分体现 但是如果微弱的光在照射时间加大的情况下 在感光底片上的光点分布又会出现一定的规律性 倾向于干涉 衍射的分布规律 这些实验 为人们认识光的波粒二象性提供了良好的依据 2 光子和电子 质子等实物粒子一样 具有能量和动量 和其他物质相互作用时 粒子性起主导作用 3 光子的能量与其对应的频率成正比 而频率是波动性特征的物理量 因此e h 揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系 4 对不同频率的光 频率低 波长长的光 波动性特征显著 而频率高 波长短的光 粒子性特征显著 5 光在传播时体现出波动性 在与其他物质相互作用时体现出粒子性 综上所述 光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体 相互间并不是独立的 3 从微观的角度理解光的波动性和粒子性光既表现出波动性又表现出粒子性 很难用宏观世界的观念来认识 必须从微观的角度建立起光的行为图景 认识光的波粒二象性 需要明确的是 爱因斯坦光子说中的 粒子 和牛顿微粒说中的 粒子 是两个完全不相同的概念 同样 麦克斯韦电磁说中的 波 与惠更斯波动说中的 波 也是不同理论领域中完全不同的概念 其本质区别在于微观世界的认识论与宏观世界的认识论的区别 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析 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 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 综上所述 本题正确答案为选项c 答案 c点评 把微粒与波对立是由于人们对自然界认识的局限 现代物理学对自然的认识 已经打破了这种局限 光既是波又是粒子 只是在不同环境条件下 它们显现的程度不同 变式迁移 1 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 光的波粒二象性将牛顿的波动说和惠更斯的粒子说真正有机地统一起来答案 c 二 物质波1 德布罗意波 任何一个运动着的物体 小到电子 质子 大到行星 太阳 都有一种波与它对应 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 波的频率 波的波长 注 为粒子的能量 p为粒子的动量 3 物质波的实验验证 1 验证物质波是否存在的思路人们知道 干涉 衍射是波动性质的特有表现 如果实物粒子具有波动性的话 在一定条件下 也该发生衍射现象 为了证实粒子具有波动性质 我们先估计一下实物 这么小的波长 比宏观物体的尺度小得多 根本无法观察到它的波动性 而一个原来静止的电子 在经过100v电压加速后 德布罗意波长约为0 12nm 因此有可能观察到电子的波动性 2 物质波的实验验证1927年戴维孙和g p 汤姆生分别利用晶体做了电子束衍射的实验 得到了类似下图的衍射图样 从而证实了电子的波动性 他们为此获得了1973年的诺贝尔物理学奖 粒子波长的数量级 看看它实现衍射所需要的条件 对质量为1g 速度为1cm s的物体来说 它的波长为 6 6 10 27cm 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做物质波 但它们不具有干涉 衍射等现象解析 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 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 答案 bd点评 1 物质波理论上是说任何一个运动的物体 如实物粒子等 都具有波动性 即其行为服从波动规律 2 物质波理论告诉我们 任何微观粒子都既具有粒子性又具有波动性 即与光一样 也具有波粒二象性 波粒二象性是光子 电子 质子等微观粒子都具有的基本属性 变式迁移 2 一质量为450g的足球以10m s的速度在空中飞行 一个初速为零的电子 通过电压为100v的加速电场加速后 试分别计算它们的德布罗意波长 保留两位有效数字 基础巩固 1 在历史上 最早证明了德布罗意波存在的实验是 a 弱光衍射实验b 电子束在晶体上的衍射实验c 弱光干涉实验d 以上都不正确解析 由课本知识知 最早证明德布罗意波假说的是电子束在晶体上的衍射实验 答案 b 2 多选 对光的认识 以下说法正确的是 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