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高二物理《波粒二象性》知识点波粒二象性知识点
总结
波粒二象性是指光和物质粒子既可以表现出波动性，也可以表现出粒子性的特征。
光的波动性：
1. 光可以传播并产生干涉、衍射、反射和折射等现象。
2. 光的波长和频率与其能量和颜色有关。
3. 光的波长越短，频率越高，能量越大。
光的粒子性（光子）：
1. 光的能量以离散的量子形式存在，称为光子。
2. 光子的能量由其频率确定，E = hf，其中h为普朗克常数。
3. 光子具有动量，p = hf/c，其中c为光速。
4. 光子与物质粒子之间可以发生相互作用。
物质粒子的波动性：
1. 物质粒子（如电子、中子和质子等）具有波动性，其波长由物质粒子的动量确定，λ= h/p。
2. 物质粒子的波长越短，动量越大，能量越高。
物质粒子的粒子性：
1. 物质粒子具有质量和电荷等属性，可在空间中定位并与其他粒子相互作用。
2. 物质粒子的运动具有定向性和速率，可以经历加速、碰撞、反弹和传递动量等过程。
波粒二象性的实验验证：
1. 双缝干涉实验：将光束通过双缝，观察在屏幕上出现的干涉条纹。
2. 非弹性散射实验：通过向物质粒子轰击金属原子等，观察其与原子发生相互作用的现象。
3. 康普顿散射实验：观察到X射线与物质粒子碰撞后发生能量和动量的转移。
波粒二象性的意义：
波粒二象性的发现和理解深化了我们对物质和能量本质的认识。
它为解释光电效应、康普顿散射以及粒子的衍射和干涉等现象提供了理论基础，并在量子力学的发展中起到了重要的作用。
⾼中物理选修3-5波粒⼆象性知识点总结 波粒⼆象性是⾼考常考的内容，也是⾼中物理选修3-5课本中的重要知识点，下⾯是店铺给⼤家带来的⾼中物理波粒⼆象性知识点，希望对你有帮助。
⾼中物理选修3-5波粒⼆象性知识点 ⼀、能量量⼦化 1、量⼦理论的建⽴：1900年德国物理学家普朗克提出振动着的带电微粒的能量只能是某个最⼩能量值ε的整数倍，这个不可再分的能量值ε叫做能量⼦ ε= hν h为普朗克常数(6.63×10-34J.S) 2、⿊体：如果某种物体能够完全吸收⼊射的各种波⻓电磁波⽽不发⽣反射，这种物体就是绝对⿊体，简称⿊体。
3、⿊体辐射：⿊体辐射的规律为：温度越⾼各种波⻓的辐射强度都增加，同时，辐射强度的极⼤值向波⻓较短的⽅向移动。
(普朗克的能量⼦理论很好的解释了这⼀现象) ⼆、科学的转折光的粒⼦性 1、光电效应(表明光⼦具有能量) (1)光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地步，但是它并不能解释光电效应的现象。
在光(包括不可⻅光)的照射下从物体发射出电⼦的现象叫做光电效应，发射出来的电⼦叫光电⼦。
(实验图在课本) (2)光电效应的研究结果： 新教材：①存在饱和电流，这表明⼊射光越强，单位时间内发射的光电⼦数越多;②存在遏⽌电压：;③截⽌频率：光电⼦的能量与⼊射光的频率有关，⽽与⼊射光的强弱⽆关，当⼊射光的频率低于截⽌频率时不能发⽣光电效应;④效应具有瞬时性：光电⼦的发射⼏乎是瞬时的，⼀般不超过10-9s。
⽼教材：①任何⼀种⾦属，都有⼀个极限频率，⼊射光的频率必须⼤于这个极限频率，才能产⽣光电效应;低于这个频率的光不能产⽣光电效应;②光电⼦的最⼤初动能与⼊射光的强度⽆关，只随着⼊射光频率的增⼤⽽增⼤;③⼊射光照到⾦属上时，光电⼦的发射⼏乎是瞬时的，⼀般不超过10-9s;④当⼊射光的频率⼤于极限频率时，光电流的强度与⼊射光的强度成正⽐。
(3)光电管的玻璃泡的内半壁涂有碱⾦属作为阴极K(与电源负极相连)，是因为碱⾦属有较⼩的逸出功。
物理学中的波粒二象性波粒二象性是指在物理学中，一些粒子（如电子、光子）既具有波动性质，又具有粒子性质的现象。
这一现象是现代物理学中的一个基本概念，对理解微观世界的行为非常重要。
本文将从实验观察、理论解释以及应用三个方面，探讨物理学中的波粒二象性。
一、实验观察实验观察是建立物理学理论的重要基础，对波粒二象性的观察也有着重要的意义。
早期的实验，如普朗克发现能量量子化、爱因斯坦对光电效应的解释等，为波粒二象性的发现奠定了基础。
其后，德布罗意假设提出了把物质粒子看作是波动现象的假设，通过实验验证了波动的性质。
他们的实验表明，电子在双缝实验中，呈现出干涉和衍射的现象，这显著表明了物质粒子的波动性。
同时，干涉和衍射的性质与电子的动量和波长之间存在着关系，从而进一步证实了波粒二象性的存在。
二、理论解释波粒二象性的理论解释主要基于量子力学理论。
根据量子力学的波函数描述，物质粒子被表示为波包，其可以同时具有粒子的离散能量和波动的连续传播。
波包的性质可以通过薛定谔方程来描述。
在波动描述下，物质粒子被看作是一种概率波，其概率分布与波函数的平方成正比。
这种概率波在空间中存在，可以解释实验中的干涉和衍射现象。
另一方面，在粒子描述下，物质粒子被看作是一个离散的“粒子”，其具有质量、动量和能量等特征。
三、应用波粒二象性的认识不仅仅停留在理论研究上，也产生了广泛的实际应用。
例如，基于波粒二象性的电子显微镜相比光学显微镜具有更高的分辨率，可以观察到更小尺度的物质结构。
此外，波粒二象性的研究也在材料科学、能源产业以及信息技术等领域得到了广泛应用。
总结波粒二象性是物理学中的基本概念，揭示了微观世界行为的奥秘。
通过实验观察和理论解释，我们认识到粒子既可以表现出波动性质，又可以表现出粒子性质。
这一认识不仅加深了我们对微观粒子行为的理解，也为科学技术的发展提供了新的可能性。
通过应用波粒二象性的理论，我们可以进一步推动科技的进步和创新，为人类社会带来更多的福祉。
波粒二象性知识点总结1. 引言波粒二象性是量子力学的基本概念之一，描述了微观粒子既可以表现出粒子性质，又可以表现出波动性质的现象。
本文将对波粒二象性的基本概念、实验证据以及波粒二象性的应用进行总结和讨论。
2. 波粒二象性的基本概念2.1 波动性根据波动理论，波动性是指粒子在传播过程中表现出的波的特性，如干涉、衍射等。
根据普朗克量子假说和爱因斯坦光量子假说的发展，发现光具有颗粒性质。
2.2 颗粒性根据经典物理学，颗粒性是物质微观粒子的物理性质，如位置、动量等。
经典物理学认为光是一种纯粹的波动现象，与颗粒性无关。
3. 实验证据3.1 光电效应光电效应是波粒二象性的一个重要实验现象，该现象表明光在与物质相互作用时具有粒子性质。
光电效应实验观察到，当光照射到金属表面时，金属会发射电子。
通过调整光的频率和强度，发现光电效应的起始临界频率与光的强度有关，而与波长无关，这进一步证实了光的颗粒性。
3.2 德布罗意假说的验证德布罗意假说认为微观粒子具有粒子和波动性质。
实验证明，通过电子和中子的衍射实验可以观察到粒子的波动性。
电子和中子的布洛赫波函数可以与实验结果良好吻合，证实了德布罗意假说。
4. 波粒二象性的应用4.1 粒子加速器粒子加速器是一种利用粒子的波动性质来加速和研究粒子的装置。
通过将粒子加速到非常高的速度，可以观察到粒子与物质碰撞的结果，从而研究物质的结构、性质等。
4.2 波动粒子显微镜波动粒子显微镜是一种利用微观粒子的波动性和粒子性质来观察微观世界的仪器。
与传统光学显微镜相比，波动粒子显微镜具有更高的分辨率和更好的成像效果，可以观察到更小的微观结构。
5. 总结波粒二象性是量子力学的基本概念之一，描述了微观粒子既可以表现出粒子性质，又可以表现出波动性质的现象。
通过实验验证和应用，我们可以更好地理解和利用波粒二象性，深入研究微观世界的奥秘。
更多关于波粒二象性的研究仍在进行中，随着技术的不断发展，我们相信将会有更多的突破和发现。
一、康普顿效应•1923年康普顿用如图所示的装置做X射线通过物质散射的实验。
X射线源R发射出一束X射线，打在石墨晶体C上，用摄谱仪S探测不同方向上散射射线的波长和强度。
1.康普顿散射实验一、康普顿效应2.实验现象•除原波长λ0外，发现了波长λ随散射角的增大而增大的谱线。
•波长的改变量与散射角有关而与入射线波长和散射物质都无关。
（吴有训测试了多种物质对X射线的散射，证实了现象的普遍性。
）•X射线经物质散射后波长变长的现象，称为康普顿效应（Compton effect）。
一、康普顿效应3.经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难•经典电磁理论认为：当X射线通过石墨时，石墨中的带电粒子在射线的照射下做受迫振动，振动着的带电粒子向外辐射电磁波的频率应当与入射波频率相同，其波长与入射波的波长也应当一样，即X射线经物质散射后不会出现波长的改变。
•无法解释波长改变和散射角的关系。
一、康普顿效应4.光子理论对康普顿效应的解释•康普顿把光的散射看成是单个光子与单个电子发生弹性碰撞的过程，在碰撞过程中能量和动量都是守恒的。
•若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长。
•若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。
•因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。
一、康普顿效应5.光子的动量质能方程2E mc =h εν=光子能量2h m cν=p mc =光子动量光子质量h λ=2h h c c cνν=⋅=波速=波长×频率pc=一、康普顿效应6.康普顿散射理论的意义•进一步证实了爱因斯坦光量子理论；•首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设；•证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的。
密立根光电效应实验光学发展史1672牛顿微粒说t /年惠更斯波动说1690麦克斯韦电磁说18641905爱因斯坦光子说波动性1801托马斯·杨双缝干涉实验1814菲涅耳衍射实验赫兹电磁波实验1888赫兹发现光电效应19161923康普顿效应微粒说占主导地位波动说渐成真理粒子性1887二、光的波粒二象性•光是一种既具有波动性又具有粒子性的微观客体。
第三节 实物粒子的波粒二象性三维教学目标1、知识与技能（1）了解光既具有波动性，又具有粒子性；（2）知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性；（3）知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。
（4）了解不确定关系的概念和相关计算；2、过程与方法（1）了解物理真知形成的历史过程；（2）了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性；（3）知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。
3、情感、态度与价值观（1）通过学生阅读和教师介绍讲解，使学生了解科学真知的得到并非一蹴而就，需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正与修正；（2）通过相关理论的实验验证，使学生逐步形成严谨求实的科学态度；（3）通过了解电子衍射实验，使学生了解创造条件来进行有关物理实验的方法。
教学重点：实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系。
教学难点：实物粒子的波动性的理解。
教学方法：学生阅读－讨论交流－教师讲解－归纳总结。
教学用具：课件：PP 演示文稿（科学家介绍，本节知识结构）。
多媒体教学设备（一）引入新课提问：前面我们学习了有关光的一些特性和相应的事实表现，那么我们究竟怎样来认识光的本质和把握其特性呢？（光是一种物质，它既具有粒子性，又具有波动性。
在不同条件下表现出不同特性，分别举出有关光的干涉衍射和光电效应等实验事实）。
我们不能片面地认识事物，能举出本学科或其他学科或生活中类似的事或物吗？（二）进行新课1、光的波粒二象性讲述光的波粒二象性，进行归纳整理。
（1）我们所学的大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。
光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。
（2）光子在空间各点出现的概率遵从波动规律，物理学中把光波叫做概率波。
2、光子的能量与频率以及动量与波长的关系。
hv =ε λ/h p = λ/h p =＝c v hv //ελ=提问：作为物质的实物粒子(如电子、原子、分子等)是否也具有波动性呢？3、粒子的波动性提问：谁大胆地将光的波粒二象性推广到实物粒子？只是因为他大胆吗？（法国科学家德布罗意考虑到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的成功，大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子。
）（1）德布罗意波：实物粒子也具有波动性，这种波称之为物质波，也叫德布罗意波。
（2）物质波波长： p h =λ＝γp E m v h = 提问：各物理量的意义？（λ为德布罗意波长，h 为普朗克常量，p 为粒子动量）阅读课本有关内容，为什么德布罗意波观点很难通过实验验证？又是在怎样的条件下使实物粒子的波动性得到了验证？4、物质波的实验验证提问：粒子波动性难以得到验证的原因？（宏观物体的波长比微观粒子的波长小得多，这在生活中很难找到能发生衍射的障碍物，所以我们并不认为它有波动性，作为微观粒子的电子，其德布罗意波波长为10－10m 数量级，找与之相匹配的障碍物也非易事）例题：某电视显像管中电子的运动速度是4.0×107m/s ；质量为10g 的一颗子弹的运动速度是200m/s 。
分别计算它们的德布罗意波长。
（根据公式p h /=λ计算得1.8×10-11m 和3.3×10-34m ）电子波动性的发现者——戴维森和小汤姆逊电子波动性的发现,使得德布罗意由于提出实物粒子具有波动性这一假设得以证实，并因此而获得1929年诺贝尔物理学奖，而戴维森和小汤姆逊由于发现了电子的波动性也同获1937年诺贝尔物理学奖。
阅读有关物理学历史资料，了解物理学有关知识的形成建立和发展的真是过程。
（应用物理学家的历史资料，不仅有真实感，增强了说服力，同时也能对学生进行发放教育，有利于培养学生的科学态度和科学精神，激发学生的探索精神）电子衍射实验：1927年，两位美国物理学家使电子束投射到镍的晶体上，得到了电子束的衍射图案，从而证实了德布罗意的假设。
除了电子以外，后来还陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性。
提问：衍射现象对高分辨率的显微镜有影响否？如何改进？（显微镜的分辨本领）5、德布罗意波的统计解释1926年，德国物理学玻恩 （Born ， 1882--1972） 提出了概率波，认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性，但是大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统计规律。
6、经典波动与德布罗意波（物质波）的区别经典的波动（如机械波、电磁波等）是可以测出的、实际存在于空间的一种波动。
而德布罗意波（物质波）是一种概率波。
简单的说，是为了描述微观粒子的波动性而引入的一种方法。
7、不确定度关系（uncertainty relatoin ）经典力学：运动物体有完全确定的位置、动量、能量等。
微观粒子：位置、动量等具有不确定量（概率）。
（1）电子衍射中的不确定度如图所示，一束电子以速度 v 沿 oy 轴射向狭缝。
电子在中央主极大区域出现的几率最大。
在经典力学中，粒子（质点）的运动状态用位置坐标和动量来描述，而且这两个量都可以同时准确地予以测定。
然而，对于具有二象性的微观粒子来说，是否也能用确定的坐标和确定的动量来描述呢？下面我们以电子通过单缝衍射为例来进行讨论。
设有一束电子沿oy 轴射向屏AB 上缝宽为a 的狭缝，于是，在照相底片CD 上，可以观察到如下图所示的衍射图样。
如果我们仍用坐标x 和动量p 来描述这一电子的运动状态，那么，我们不禁要问：一个电子通过狭缝的瞬时，它是从缝上哪一点通过的呢?也就是说，电子通过狭缝的瞬时，其坐标x 为多少?显然，这一问题，我们无法准确地回答，因为此时该电子究竟在缝上哪一点通过是无法确定的，即我们不能准确地确定该电子通过狭缝时的坐标。
研究表明： 对于第一衍射极小，a λθ=1sin 式中λ为电子的德布罗意波长。
电子的位置和动量分别用x 和p 来表示。
电子通过狭缝的瞬间，其位置在 x 方向上的不确定量为a x =∆，同一时刻，由于衍射效应，粒子的速度方向有了改变，缝越小，动量的分量 p x 变化越大。
分析计算可得： π4h p x ≥∆∆式中h 为普朗克常量。
这就是著名的不确定性关系，简称不确定关系。
上式表明：①许多相同粒子在相同条件下实验，粒子在同一时刻并不处在同一位置。
②用单个粒子重复，粒子也不在同一位置出现。
例题解析：例1：一颗质量为10g 的子弹，具有200m ·s -1的速率，若其动量的不确定范围为动量的0. 01%(这在宏观范围是十分精确的了)，则该子弹位置的不确定量范围为多大?解：子弹的动量s kgm s kgm mv p /0.2/20001.0=⨯==动量的不确定范围 s kgm s kgm p p /100.2/2100.1%01.044--⨯=⨯⨯=⨯=∆由不确定关系式 π4h p x ≥∆∆，得子弹位置的不确定范围 m m p h x 31434106.2100.214.341063.64---⨯=⨯⨯⨯⨯=∆∙=∆π 我们知道，原子核的数量级为10-15m ，所以，子弹位置的不确定范围是微不足道的。
可见子弹的动量和位置都能精确地确定，不确定关系对宏观物体来说没有实际意义。
例2：一电子具有200 m/s 的速率，动量的不确定范围为动量的0.01%(这已经足够精确了)，则该电子的位置不确定范围有多大?解 : 电子的动量为： s kgm s kgm mv p /108.1/200101.92831--⨯=⨯⨯==动量的不确定范围s kgm s kgm p p /108.1/108.1100.1%01.032284---⨯=⨯⨯⨯=⨯=∆由不确定关系式，得电子位置的不确定范围m m p h x 33234109.2108.114.341063.64---⨯=⨯⨯⨯⨯=∆∙=∆π我们知道原子大小的数量级为10-10m ，电子则更小。
在这种情况下，电子位置的不确定范围比原子的大小还要大几亿倍，可见企图精确地确定电子的位置和动量已是没有实际意义。
8、微观粒子和宏观物体的特性对比体系能量可以为任意的、连续变化的数值。
9、不确定关系的物理意义和微观本质（1）物理意义：微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。
粒子位置的不确定量x ∆越小，动量的不确定量x p ∆就越大，反之亦然。
（2） 微观本质：是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然结果。
不确定关系式表明：① 微观粒子的坐标测得愈准确(0→∆x ) ，动量就愈不准确(∞→∆x p ) ；微观粒子的动量测得愈准确(0→∆x p ) ，坐标就愈不准确(∞→∆x ) 。
但这里要注意，不确定关系不是说微观粒子的坐标测不准；也不是说微观粒子的动量测不准；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准；而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准。
② 为什么微观粒子的坐标和动量不能同时测准？这是因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量。
这本质上是微观粒子具有波粒二象性的必然反映。
由以上讨论可知，不确定关系是自然界的一条客观规律，不是测量技术和主观能力的问题。
③ 不确定关系提供了一个判据：当不确定关系施加的限制可以忽略时，则可以用经典理论来研究粒子的运动。
当不确定关系施加的限制不可以忽略时，那只能用量子力学理论来处理问题。
