2019高中物理 第十七章 波粒二象性 3 粒子的波动性课件 新人教版选修3-5

1、自 主 学 习 基 础 知 识 3 粒子的波动性 学习目标1.知道光的本性认识史2.知道光的波 粒二象性，理解其对立统一的关系(重点)3.会用 光的波粒二象性分析有关现象(重点)4.理解德布 罗意波，会解释相关现象(重点、难点) 合 作 探 究 重 难 疑 点 课 时 作 业 解 题 技 巧 素 养 培 优 2光子的能量和动量 (1)能量：_ (2)动量：p_ 3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 _和p_揭示了光的粒子性和波动性之间的 密切关系 h 粒子 波动 h 【提示】从光子的能量和动量的表达式可 以看出，是h架起了粒子性与波动性

2、之间的桥梁 1光的干涉、衍射、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( ) 1粒子的波动性 (1)德布罗意波 1924年法国巴黎大学的德布罗意提出假设： 实物粒子也具有_，每一个_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_ 波动性运动 物质波 (2)物质波的波长、频率关系式 _，_ 2物质波的实验验证 (1)实验探究思路 _、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 干涉 (2)实验验证 1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电

3、 子束衍射实验，得到了_的衍射图样，如图 1731所示，证实了_的波动性 电子 电子 波动性 动量 很小 既然德布罗意提出了物质波的概念，为什么 我们生活中却体会不到？ 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( ) 预习完成后，请把你认为难以解决的问题记 录在下面的表格中 问题问题1 问题问题2 问题问题3 问题问题4 学生分组探究一人类对光的本性的研究 第1步探究分层设问，破解疑难 1光的波粒二象性与宏观的波和粒子的特点 一样吗？ 【提示】不一样光既不同于宏观观念的 粒子，也不同于宏观观念的波 2光在传播过程中，

4、有的光是波，有的光是 粒子，这句话正确吗？ 【提示】不正确其原因是没有真正理解 光的波粒二象性事实上，光是一种波，同时也 是一种粒子，光具有波粒二象性，并不是有的光 是波，有的光是粒子 第2步结论自我总结，素能培养 1对光的认识的几种学说 学说名学说名 称称 微粒说微粒说波动说波动说电磁说电磁说 光子光子 说说 波粒二象性波粒二象性 代表人代表人 物物 牛顿牛顿惠更斯惠更斯麦克斯韦麦克斯韦 爱因爱因 斯坦斯坦 实验依实验依 据据 光的直线光的直线 传播、光传播、光 的反射的反射 光的干光的干 涉、衍涉、衍 射射 能在真空中能在真空中 传播，是横传播，是横 波，光速等波，光速等 于电磁波的于电磁

5、波的 速度速度 光电光电 效应、效应、 康普康普 顿效顿效 应应 光既有波动光既有波动 现象，又有现象，又有 粒子特征粒子特征 内容要内容要 点点 光是一群光是一群 弹性粒子弹性粒子 光是一光是一 种机械种机械 波波 光是光是 一种一种 电磁电磁 波波 光是光是 由一由一 份一份一 份光份光 子组子组 成的成的 光是具有光是具有 电磁本性电磁本性 的物质，的物质， 既有波动既有波动 性又有粒性又有粒 子性子性 2.对光的波粒二象性的理解： 实验基础实验基础表现表现说明说明 光的光的 波动波动 性性 干涉和衍干涉和衍 射射 (1)光子在空间各点出光子在空间各点出 现的可能性大小可用现的可能性大小

6、可用 波动规律来描述波动规律来描述. (2)足够能量的光在传足够能量的光在传 播时，表现出波的性播时，表现出波的性 质质. 1)光的波动性是光的波动性是 光子本身的一种光子本身的一种 属性，不是光子属性，不是光子 之间相互作用产之间相互作用产 生的生的 (2)光的波动性不光的波动性不 同于宏观观念的同于宏观观念的 波波 光光 的的 粒粒 子子 性性 光光 电电 效效 应、应、 康康 普普 顿顿 效效 应应 (1)当光同物质发当光同物质发 生作用时，这种生作用时，这种 作用是作用是“一份一一份一 份份”进行的，表进行的，表 现出粒子的性质现出粒子的性质. (2)少量或个别光少量或个别光 子容易显

7、示出光子容易显示出光 的粒子性的粒子性. (1)粒子的粒子的 含义是含义是“不不 连续连续”“”“一一 份一份份一份”的的. (2)光子不光子不 同于宏观观同于宏观观 念的粒子念的粒子. 第3步例证典例印证，思维深化 (多选)(2014深圳高二检测)下列说法正确 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 【思路点拨】解答本题应注意以下三点： (1)理解光的波粒二象性是光的本性 (2)区别光波和实物粒子 (3)知道哪些现象体现出的是光的哪种性质

8、【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，A错误； 虽然光子和电子都是微观粒子，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，光子是以场的形式存在的物质， 所以不能说光子和电子是同样的一种粒子，B错 误；波长长，容易发生干涉、衍射，波动性强， 反之，波长短，光子能量大，粒子性强，C正确； 干涉、衍射是波特有的现象，光电效应说明光具 有粒子性，D正确 【答案】CD 第4步巧练精选习题，落实强化 1(多选)关于光的波粒

9、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，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 【答案】AD 2(多选)关于光的波动性与粒子性，以下说 法正确的是(

10、) 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光子在少量的情况下粒子性显著，大量 的情况下波动性显著 D光的波动性和粒子性是相互矛盾的，无 法统一 【解析】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；光子在少量的情况下体现 粒子性，大量的情况下体现波动性，所以C对； 光的波动性和粒子性不是孤立的，而是有机的统 一体，D错 【答案】BC 学生分组探究二对物质波的理解 第1步探究分层设问，破解疑难 1物质波的概念是如何提出的？ 【提示】德布罗意认为光学研究中忽视了 粒子性，而实

11、物粒子中则忽视了其波动性，因此， 德布罗意提出了实物粒子的波动性 2宏观物体的运动也具有波动性吗？ 【提示】不管是微观粒子还是宏观运动的 物体，都具有波动性，但宏观运动物体的波动性 很不明显 第2步结论自我总结，素能培养 1物质的分类 (1)由分子、原子、电子、质子及由这些粒子 组成的物质； (2)“场”也是物质，像电场、磁场、电磁场 这种看不见的，不是由实物粒子组成的，而是一 种客观存在的特殊物质 2物质波的普遍性：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 3求解物质波波长的方法 (1)根据已知条件，写

12、出宏观物体或微观粒子 动量的表达式pmv. (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 第3步例证典例印证，思维深化 电子经电势差为U200 V的电场加速，电 子质量m00.911030kg，求此电子的德布罗意 波长 【答案】8.63102 nm 对宏观物体波动性的理解 1一切运动着的物体都具有波动性，宏观物 体观察不到其波动性，但并不否定其波动性 2要注意大量光子、个别光子、宏观物体、 微观粒子等相关概念的区别 3在宏观世界中，波与粒子是对立的概念； 在微观世界中，波与粒子可以统一 第4步巧练精选习题，落实

13、强化 1下列说法中正确的是() A质量大的物体，其德布罗意波长短 B速度大的物体，其德布罗意波长短 C动量大的物体，其德布罗意波长短 D动能大的物体，其德布罗意波长短 【答案】C 【答案】C 波动理论与动量定理的综合问题 光子具有能量，光子的能量与光的频率成正 比，光又具有粒子性，其动量p与光的波长有关， 大量光子落在物体表面，能产生光作用力，其大 小可用动量定理求解 若某激光管以PW60 W的功率发射波长 663 nm的光束，试根据上述理论计算： (1)该管在1 s内发射出多少个光子？ (2)若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑 体表面所受到光束对它的作用力F为多大？ 【答案】(1)2.01020个(2)2.0107 N 再演练应用 图1732 光子有能量，也有动量，动量ph/，它也 遵守有关动量的规律如图1732所示，真空中 有一装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO在