山东省成武一中高中物理 17.3 粒子的波动性课件 新人教版选修35.ppt

知识与技能1 知道光具有波粒二象性 2 知道物质波的概念 3 知道微观粒子的波动性 过程与方法体验近代物理学的奥妙 情感 态度与价值观1 认识客观事物多样性 2 培养在科学研究中敢于冲破传统观念 挑战传统势力的思想 1 光既具有波动性 又具有粒子性 即光具有 2 光子的能量 和动量p可以表示为 和p 它们是描述光的性质的基本关系式 其中 是架起了粒子性与波动性之间的桥梁 3 实物粒子也具有波动性 即每一个运动的粒子都与一个对应的 相联系 而且粒子的能量 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 遵从如下关系 和 这种与实物粒子相联系的波后来称为 也叫做物质波 4 1927年戴维孙和g p 汤姆孙分别利用 做了电子束衍射的实验 得到了衍射图样 从而证实了电子的 知识点1光的波粒二象性 光既具有波动性 又具有粒子性 1 大量光子产生的效果往往显示出波动性 个别光子产生的效果往往显示粒子性 比如 干涉 衍射现象中 如果用强光照射 在光屏上立刻就出现了干涉 衍射条纹 波动性体现了出来 如果用很微弱的光照射 在感光屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点 体现出了粒子性 但是如果在微弱的光照射时间加大的情况下 感光底片上光点的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证据 2 频率低的光波动性明显 频率高的光粒子性明显 3 光在传播时容易表现出波动性 在与其他物质相互作用时 容易表现出明显的粒子性 4 光子说不排斥波动性 光子的能量的计算公式中就包含着波动的因素 频率 例1 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 答案 a b d 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 对应训练 1 关于对光的认识 下列说法正确的是 a 频率高的光是粒子 频率低的光是波b 光有时是波 有时是粒子c 光有时候表现出波动性 有时候表现出粒子性d 光既是宏观概念中的波 也是宏观概念中的粒子 解析 波动性和粒子性是微观粒子 包括光 具有的不可分割的两种固有属性 在不同情况下 一种属性起主要作用 该属性就表现出来或属性显著 但微观粒子的波动性和粒子性与宏观概念中的波和粒子是完全不同的 答案 c 知识点2粒子的波动性1924年 德布罗意推想 自然界在许多方面是对称的 波粒共存的观念可以推广到所有粒子 既然光具有波粒二象性 则实物粒子或许也有这种二象性 在这样的推想下 德布罗意提出假设 实物粒子和光一样 也具有波粒二象性 如果用能量 和动量p来表征实物粒子的粒子性 用频率 和波长 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 知识点3物质波的实验验证 例2 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 答案 b d 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 对应训练 2 为了观察晶体的原子排列 可以采用下列方法 1 用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜成像 由于电子的物质波波长很短 能防止发生明显衍射现象 因此电子显微镜的分辨率高 2 利用x射线或中子束得到晶体的衍射图样 进而分析出晶体的原子排列 则下列分析中正确的是 a 电子显微镜所利用的是电子的物质波的波长比原子尺寸小得多b 电子显微镜中电子束运动的速度应很小c 要获得晶体的x射线衍射图样 x射线波长要远小于原子的尺寸d 中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当 解析 由题目所给信息 电子的物质波波长很短 能防止发生明显衍射现象 及发生衍射现象的条件可知 电子的物质波的波长比原子尺寸小得多 它的动量应很大 即速度应很大 a正确 b错误 由信息 利用x射线或中子束得到晶体的衍射图样 及发生衍射现象的条件可知 中子的物质波或x射线的波长与原子尺寸相当 c错误 d正确 答案 a d 1 光的波动性与粒子性的统一 1 一切微观粒子都具有波粒二象性 光是微观粒子 当然也不例外 2 光子和电子 质子等实物粒子一样 具有能量和动量 当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 h 揭示了光的粒子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 2 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 与波粒二象说中的 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 对光的波粒二象性 物质波的理解1 光的粒子性并不否定光的波动性现在提到的波动性和粒子性与17世纪提出的波动说和粒子说不同 当时的两种学说是相互对立的 都企图用一种观点去说明光的各种 行为 这是由于传统观念的影响 这些传统观念是人们观察周围的宏观物体形成的 波动性和粒子性在宏观现象中是相互对立的 矛盾的 但对于光子就不同了 2 对于光子这样的微观粒子却只有从波粒二象性的角度出发 才能统一说明光的各种 行为 光子说并不否认光的电磁说 按光子说 光子的能量e h 其中 表示光的频率 即表示了波的特征 而且从光子说或电磁说推导电子的动量都得到一致的结论 可见 光的确具有波动性 也具有粒子性 在光的干涉现象中 若曝光时间不长 在底片上只出现一些不规则的点 这些点表示光子的运动跟宏观的质点不同 但曝光时间足够长时 底片上出现了有规律的干涉条纹 可见 光的波动性是大量光子表现出