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3粒子的波动性一、教学目标1．知识与技能（1）知道光、实物粒子具有波粒二象性；（2）知道德布罗意假说的内容，公式表达；（3）了解物质波的验证过程。
2．过程与方法（1）沿着物理学家的研究过程展开教学，尽量再现物理学家的思想和研究方法。
（2）通过“小练习”对比，进而理解宏观物体的波动性不明显，并找到验证物质波的方法3．情感态度与价值观（1）感受人类对光认识的美好、曲折过程，欣赏物理学的对称美，体会蕴含的哲学思想。
（2）从科学家的工作中感悟科学探究：如何向固有观念挑战，提出大胆猜想和假说，如何寻找有效的方法加以验证。
（3）培养学生的科学文化素质──科学方法、科学意识、科学精神。
二、教学重点、难点重点：知道德布罗意波及德布罗意波波长计算粒子同样具有波动性。
难点：理解德布罗意波（物质波）及表现规律。
三、教学用具自制多媒体课件四、复习回顾⑴人类对光认识的历史过程── 一部科学史诗学生阅读课本第一段，分组讨论、自由发言，教师引导归纳，同时多媒体辅助问题：光的发展史(光的本性)？①十七世纪初笛卡儿两种假说：光是类似于微粒的一种物质光是一种以“以太”为媒质的压力。
②十七世纪光的微粒说(代表人物---牛顿)：光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀介质中以一定的速度传播，能解释光的反射现象、析射现象。
③同时期光的波动说(代表人物---惠更斯) ：认为光是一种波，在实验中观察到了光的干涉和衍射现象，这是波动的特征，微粒说无法解释。
④光的电磁说(十九世纪：代表人物---麦克斯韦) 麦克斯韦认为光是一种电磁波,赫兹用实验证实了光的电磁本性.光是电磁波的主要依据：①传播都不需介质.②都是横波.③在真空中传播速度相同。
⑤19世纪末赫兹等又发现了---光电效应现象，用波动说无法解释。
⑥爱因斯坦于20世纪初提出了光子说，认为光具有粒子性，从而解释了光电效应。
从笛卡儿两种假说到牛顿与胡克、牛顿与惠更斯粒子说与波动说之争，再到麦克斯韦、赫兹、普朗克和爱因斯坦的对光的进一步认识。
3崭新的一页：粒子的波动性知识点一：光的波粒二象性1.光的波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性。
2.光子的能量：ε=hv3.光子的动量：p=h/λ注意：物理量ε和p描述光的粒子性，物理量v和λ描述光的波动性，h架起了粒子性与波动性的桥梁。
知识点二：粒子的波动性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，也称物质波。
2.波的频率：v=ε/h波的波长：λ=h/p说明：ε为粒子的能量，p为粒子的动量知识点三：物质波的实验验证1927年戴维孙和G。
P。
汤姆孙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，从而证实了电子波动性。
他们为此获得了1973年的诺贝尔物理学奖。
拓展点一：光的波粒二象性的理解1.光本性学说的发展简史2.光的波粒二象性的理解拓展点二：对物体波的理解1．我们平时所看到的宏观物体运动时，我们看不见它们的波动性，但也有一个波长与之对应，例如飞行子弹的波长约为10—Nm，这个波长实在是太小了。
2．波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性；宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以观测。
3．对于光，先有波动图象(即v和入)，其后在量子理论中引入光子的能量ε和动量p 来补充它的粒子性。
反之，对于实物粒子，则先有粒子概念(即ε和p)，再引用德布罗意波(即v和λ)的概念来补充它的波动性。
不过要注意这里所谓波动性和粒子性，实际上仍然都是经典物理学的概念，所谓补充仅是形式上的。
综上所述，德布罗意的推想基本上是爱因斯坦于1905年关于光子的波粒二象性理论(光粒子由波伴随着)的一种推广，使之包括了所有的物质微观粒子。
问题一对光的波粒二象性的理解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．光于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．大量光予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。
第17.3节《粒子的波动性》导学案班级： 组别： 组名： 姓名：【学习目标】1．知道光既具有波粒二象性，从微观角度理解光的波动性和粒子性。
（重点、难点）2．知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。
（重点）3．通过电子衍射实验，了解创造条件来进行有关物理实验的方法。
【使用说明与学法指导】波发生明显衍射的条件及迁移；归纳总结。
【知识链接】1．波发生明显衍射的条件：2．光子的能量公式 ；光子的动量公式 ；动量的定义式：3．麦克斯韦指出光是一种 波。
【学习过程】知识点一、光的波粒二象性【问题1】回忆所学知识，回答下列问题：⑴哪些现象说明光具有波动性？哪些现象说明光具有粒子性？⑵如果现在问你：“光究竟是什么？”你该如何回答呢？⑶光子的能量表达式h εν=和动量表达式hp λ=中： 和 描述光的波动性；和 描述光的粒子性；普朗克常量h 起到 作用。
知识点二、实物粒子的波动性【问题2】德布罗意是怎样想到“实物粒子也具有波动性”这一大胆假设的？他认为：在对光．的研究上，由于过多地关注了光的 性，导致我们忽视了 性；反之，在对实物粒子．．．．的研究上，由于过多地关注了其 性，可能导致我们忽视了其 性。
于是，他提出了“ ”这一大胆假设。
【问题3】德布罗意波的内容：⑴实物粒子也具有波动性，即 相联系。
⑵而且粒子的能量ε和动量p 跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间，也像光子跟光波一样，遵从如下关系： ， 。
⑶这种与实物粒子相联系的波后来称为 波，也叫做 。
【问题4】某电视显像管中电子的运动速度是74.010/m s ⨯；质量为10g 的一颗子弹的运动速度是200/m s 。
分别计算它们的德布罗意波长。
（已知电子的质量：319.110e m kg -=⨯。
提示：6.630.189.14≈⨯。
）【问题5】有以下四种波：①宏观物体（如子弹）的物质波、②微观粒子（如电子）的物质波、③波长为77.610m λ-=⨯的红光、④波长为2m λ=的机械波。
粒子的波动性教学目标（一）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。
（二）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。
（三）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。
教学过程（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？请同时举出相应的事实基础。
学生阅读课本、思考后回答：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）。
点评：让学生阅读课本内容结合前面所学知识进行归纳总结，形成正确观点。
教师：原来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？学生举例说明：例如哲学中对事物的辨正观点等。
点评：培养学生对事物或规律的全面把握，并与与其他学科进行横向渗透联系。
（二）进行新课1、光的波粒二象性教师：讲述光的波粒二象性。
在学生的辨析说明下进行归纳整理。
（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。
物理：17。
3 粒子的波动性导学案（人教版选修3—5）编写人：曹树春审核：高二物理组寄语：我奋斗，所以我快乐！学习目标: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。
学习重点：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。
学习难点:实物粒子的波动性的理解。
学习过程：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?请同时举出相应的事实基础.1、光的波粒二象性________________________________________即光具有波粒二象性。
2、光子的能量与频率以及动量与波长的关系。
ε______ =p______=3、粒子的波动性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?（1）德布罗意波实物粒子也具有______，这种波称之为______，也叫德布罗意波。
(2）物质波波长λ______=______=λ为德布罗意波长,h为普朗克常量,p为粒子动量.4．物质波的实验验证B（1）阅读教材后回答粒子波动性难以得到验证的原因？1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了____________的实验,得到了衍射图样，从而证实了________的波动性。
他们为此获得了1937年的诺贝尔物理学奖。
一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？B（2）质量m = 0。
01kg，速度v = 300 m/s 的子弹的德布洛意波长？计算结果表明什么？知识巩固：A1．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．电予束在晶体上的衍射实验C．弱光干涉实验D．以上都不正确B2．关于物质波以下说法正确的是( )A。
实物粒子具有粒子性，在任何条件下都不可能表现出波动性B．宏观物体不存在对应波的波长C．电子在任何条件下都能表现出波动性D．微观粒子在一定条件下能表现出波动性B3．对光的认识，下列说法中正确的是( )A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B．光的波动性是光予本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C。
17.3 粒子的波动性一、核心素养通过《粒子的波动性》的学习过程，让学生感受人类对光认识的美好、曲折过程，欣赏物理学的对称美，体会蕴含的哲学思想。
从科学家的工作中感悟科学探究：如何向固有观念挑战，提出大胆猜想和假说，如何寻找有效的方法加以验证。
培养学生的科学文化素质──科学方法、科学意识、科学精神。
二、教学目标1. 通过史实的回顾，感受人类对光的认识过程的曲折性，了解光的波粒二象性的内容。
2. 知道实物粒子具有波动性，领会类推的研究方法和用历史的观念来看问题，感悟科学家的探求精神。
3. 通过对德布罗意波的实验对象的选择和实验方案的设计，感受实验研究这一重要的研究方法。
4. 通过对显微镜的分析学习，感受科学的成就推动了技术的进步。
三、学情分析粒子的波动性是《人教版选修3-5》第十七章第三节内容，主要包括了解光的波粒二象性，知道实物粒子的波动性和物质波的实验验证。
学生在《选修3-4》中已经学习了光的波动性的知识，在本章第二节又学习了光的粒子性的知识，通过光的本性的史实回顾，了解光的波粒二象性难度不大。
类推的思想方法在高中物理学习中曾多次运用，学生能从科学家的工作中感悟科学探究，以及向固有观念的大胆挑战。
这其中蕴含的教育功能是非常重要的，教学中要突出体现和渗透。
学生明白，任何一个假设的验证，都必须依靠实验。
实验如何设计，在设计过程中技术问题如何解决，是本节课思维量最大的部分，也是最能锻炼学生能力的部分，这一教学环节的设计显得尤为重要。
建立具体的情境，通过问题的引导，学生在探究中完成这个实验方案。
四、教学重点、难点1. 实物粒子的波动性、类推的研究方法、对固有观念的挑战2. 物质波实验方案的设计、技术问题的解决五、教学活动课前：登陆优教平台，发送预习任务。
根据优教平台上学生反馈的预习情况，发现薄弱点，针对性教学。
1、光的波粒二象性：【讲授、提问】很久以前，人类就在思考这样一个问题：光是什么？人类对光的本性的研究构成了一部科学史诗。
3粒子的波动性一、光的波粒二象性1．光的本性光能够发生干涉、衍射现象，说明光具有波动性；光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性．即光具有波粒二象性．2．光子的能量和动量能量表达式：ε＝hν，动量表达式：p＝h λ.3．h的意义能量和动量是描述物质的粒子性的重要物理量，波长和频率是描述物质的波动性的典型物理量，表达式中左边是粒子性、右边是波动性，是h起了重要作用，架起了波动性和粒子性的桥梁．光具有波动性是否说明光就是我们宏观意义上的波？提示：不是．光具有粒子性，也具有波动性，所以我们说光具有波粒二象性，这里的粒子不是我们平时所说的粒子，同样这里的波也不是我们宏观意义上的波．二、粒子的波动性1．物质的分类物理学中把物质分为两类，一类是分子、原子、电子、质子及由这些粒子组成的物质；另一类是场，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．德布罗意波任何一种实物粒子都和一个波相对应，这种波被称为德布罗意波，也叫物质波．3．物质波的波长和频率波长公式：λ＝hp，频率公式：ν＝εh.三、物质波的实验验证宏观物体的德布罗意波波长太小，很难观察到它们的波动性．微观粒子则不同，可找到与其波长差不多的障碍物或孔．如1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束演示实验，得到了明显的衍射图样，从而证实了电子的波动性．德布罗意认为任何运动着的物体均有波动性，可是我们观察运动着的汽车(如图所示)，并未感到它的波动性．你如何理解该问题？请与同学交流自己的看法．提示：一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大、动量大、波长短，难以观测．考点一光的波粒二象性1．对光的本性认识的几个阶段学说名称微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性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，光速等于电磁波速度光电效应、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光是一种电磁波光是由一份一份光光是具有电磁本性的物波子组成的质，既有波动性又有粒子性理论领域宏观世界宏观世界微观世界微观世界微观世界光的波动性光的粒子性实验基础干涉、衍射光电效应、康普顿效应含义光的波动性是光子本身的一种属性，它不同于宏观的波，它是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律描述：(1)足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质．(2)频率低，波长长的光，波动性特征显著.粒子的含义是“不连续”“一份一份”的，光的粒子即光子，不同于宏观概念的粒子，但也具有动量和能量．(1)当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质．(2)少量或个别光子易显示出光的粒子性．(3)频率高，波长短的光，粒子性特征显著．二象性(1)光子说并没有否定波动性，E＝hν中，ν表示光的频率，表示了波的特征．光既具有波动性，又具有粒子性，波动性和粒子性都是光的本身属性，只是在不同条件下的表现不同．(2)只有用波粒二象性，才能统一说明光的各种行为.【例1】关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是()A．波粒二象性指光有时表现为波动性较明显，有时表现为粒子性较明显B．光波频率越高，粒子性越明显C．能量越大的光子，其波动性越显著D．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性结合波粒二象性的相关理论进行判断即可．【答案】 C【解析】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；个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性，A、D说法正确．光的频率越高，能量越高，粒子性相对波动性越明显，B说法正确，C说法错误．总结提能本题主要考查对波粒二象性的相关概念的理解，属于较简单的题目，我们通过对教材的熟悉就可以掌握相关概念．有关光的本性，下列说法正确的是(D)A．光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D．由于光既具有波动性，又有粒子性，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解析：光既具有波动性，又具有粒子性，但它又不同于宏观观念中的机械波和粒子．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，我们无法用其中的一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性．考点二物质波的理解和有关计算1．物质的分类：物理学中把物质分为两类，一类是分子、原子、电子、质子及由这些粒子组成的物质；另一类是场，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．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．德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波．4．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．5．对于光，先有波动性(即ν和λ)，再在量子理论中引入光子的能量ε和动量p来补充它的粒子性．反之，对于实物粒子，则先有粒子概念(即ε和p)，再引入德布罗意波(即ν和λ)的概念来补充它的波动性．不过要注意这里所谓波动性和粒子性，仍然都是经典物理学的概念，所谓补充仅是形式上的．综上所述，德布罗意的推想基本上是爱因斯坦1905年关于光子的波粒二象性理论(光粒子由波伴随着)的一种推广，使之包括了所有的物质微观粒子．【例2】 武汉综合新闻网2010年8月21日报道：近日，一种发源于南亚没有抗生素可以抵御的“超级细菌”成为社会关注的热点．假若一个细菌在培养器皿中的移动速度为 3.5 μm/s ，其德布罗意波长为1.9×10－19m ，试求该细菌的质量．【答案】 1.0×10－9 kg【解析】 由公式λ＝hp 得该细菌的质量为m ＝p v ＝hv λ＝ 6.626×10－343.5×10－6×1.9×10－19 kg＝1.0×10－9 kg.德布罗意认为，任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，波长是λ＝hp ，式中p 是运动物体的动量，h 是普朗克常量．已知某种紫光的波长是440 nm ，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的1104.求： (1)电子的动量大小；(2)试推导加速电压跟德布罗意波长的关系，并计算加速电压的大小(电子质量m ＝9.1×10－31kg ，电子电荷量e ＝1.6×10－19C ，普朗克常量h ＝6.6×10－34J·s ，加速电压的计算结果取1位有效数字)．答案：(1)1.5×10－23kg·m/s(2)U ＝h 22emλ28×102 V 解析：(1)由λ＝hp 得电子的动量大小 p ＝hλ＝ 6.6×10－34440×10－9×10－4 kg·m/s＝1.5×10－23kg·m/s(2)设加速电压为U ，由动能定理得eU ＝12m v 2而12m v 2＝p 22m ，所以U ＝p 22em ＝h 22emλ2 代入数据得加速电压的大小U ＝8×102 V重难疑点辨析对牛顿“微粒说”与爱因斯坦“光子说”的区分光的本性的探究过程是人类对物理现象及物理规律不断认识、提高、再认识、再提高的反复过程，经历了肯定、否定、否定之否定的循环，科学家们利用他们的聪明智慧和不断探究，经历了激烈的大论战，历时数千年，终于形成今天对光的比较深刻的认识．我们在学习过程中既要熟记重要的物理学史，又要学习科学家们勇于探索、追求真理的精神．【典例】(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．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性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】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A错．干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，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，C正确．光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，D正确．【答案】BCD惠更斯的波动说与牛顿的微粒说由于受传统宏观观念的影响，都试图用一种观点去说明光的本性，因而它们是相互排斥、对立的两种不同的学说．麦克斯韦的光的电磁说与爱因斯坦的光子说是对立的统一体，揭示了光的行为的二重性：既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性．1．下列说法中正确的是(C)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的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波D．宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性解析：任何一个运动的物体都具有波动性，但因为宏观物体的德布罗意波波长很短，所以很难看到它的衍射和干涉现象，所以C 项对，B 、D 项错．物质波不同于宏观意义上的波，故A 项错．2．(多选)表中列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波长和频率为1 MHz 的无线电波的波长，根据表中数据可知( ABC )B ．无线电波通常只能表现出波动性C ．电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性D ．只有可见光才有波粒二象性解析：弹子球的波长太小，所以检测其波动性几乎不可能，A 正确；无线电波波长较长，所以通常表现为波动性，B 正确；电子波长与金属晶体尺度相近，所以能利用金属晶体观察电子的波动性，C 正确；由物质波理论知，D 错误．3．2002年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X 射线源．X 射线是一种高频电磁波，若X 射线在真空中的波长为λ，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( D )A ．E ＝hλc ，p ＝0 B ．E ＝hλc ，p ＝hλc 2C ．E ＝hcλ，p ＝0 D ．E ＝hc λ，p ＝h λ解析：根据E ＝hν，且λ＝h p ，c ＝λν可得X 射线每个光子的能量为E ＝hcλ，每个光子的动量为p ＝hλ.4．紫外线光子的动量为hνc .一个静止的O 3吸收了一个紫外线光子后( B ) A ．仍然静止B ．沿着光子原来运动的方向运动C ．沿与光子运动方向相反的方向运动D ．可能向任何方向运动解析：由动量守恒定律知，吸收了紫外线光子的O 3分子与光子原来运动方向相同．故正确选项为B.5．(多选)利用金属晶格(大小约10－10m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样，如图所示．已知电子质量为m ，电荷量为e ，初速度为0，加速电压为U ，普朗克常量为h ，则下列说法中正确的是( AB )A ．该实验说明了电子具有波动性B ．实验中电子束的德布罗意波的波长为λ＝h2meUC ．加速电压U 越大，电子的衍射现象越明显D ．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显解析：得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，故A 项正确；由德布罗意波波长公式λ＝hp ，而动量p ＝2mE k ＝2meU ，所以λ＝h 2meU ，B 项正确；从公式λ＝h2meU可知，加速电压越大，电子波长越小，衍射现象就越不明显；用相同动能的质子替代电子，质子的波长变小，衍射现象相比电子不明显，故C 、D 项错误．莘莘学子，最重要的就是不要去看远方模糊的，而要做手边清楚的事。
2光的粒子性[目标定位] 1.知道光电效应现象，能说出光电效应的试验规律.2.能用爱因斯坦光电效应方程对光电效应作出解释，会用光电效应方程解决一些简洁的问题.3.了解康普顿效应及其意义．一、光电效应1．光电效应：照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象．2．光电子：光电效应中放射出来的电子．3．光电效应的试验规律(1)存在着饱和光电流：在光的颜色不变的状况下，入射光越强，饱和电流越大．(2)存在着遏止电压和截止频率：入射光的频率低于截止频率时不能(填“能”或“不能”)发生光电效应．(3)光电效应具有瞬时性：光电效应中产生电流的时间不超过10－9 s.想一想紫外线灯照射锌板，为什么与锌板相连的验电器指针张开一个角度？答案紫外线灯照射锌板，发生光电效应现象，锌板上的电子飞出锌板，使锌板带正电，与锌板相连的验电器也会因而带正电，使得验电器指针张开一个角度．二、爱因斯坦的光电效应方程1．光子说：光本身就是由一个个不行分割的能量子组成的，这些能量子被称为光子，频率为ν的光的能量子为hν．2．爱因斯坦光电效应方程的表达式：hν＝E k＋W0或E k＝hν－W0.想一想怎样从能量守恒角度理解爱因斯坦光电效应方程？答案爱因斯坦光电效应方程中的hν是入射光子的能量，逸出功W0是光子飞出金属表面消耗的能量，E k是光子的最大初动能，因此爱因斯坦光电效应方程符合能量的转化与守恒定律．三、康普顿效应1．康普顿效应美国物理学家康普顿在争辩石墨对X射线的散射时，发觉在散射的X射线中，除了与入射波长λ0相同的成格外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．2．康普顿效应的意义：康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，深刻揭示了光的粒子性的一面．3．光子的动量表达式：p＝hλ．一、光电效应现象1．光电效应的实质：光现象――→转化为电现象．2．光电效应中的光包括不行见光和可见光．3．光电子：光电效应中放射出来的光电子，其本质还是电子．例1图17－2－1一验电器与锌板相连(如图17－2－1所示)，用一紫外线灯照射锌板，关灯后，验电器指针保持确定偏角．(1)现用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将________(填“增大”、“减小”或“不变”)．(2)使验电器指针回到零，再用相同强度的钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转．那么，若改用强度更大的红外线灯照射锌板，可观看到验电器指针________(填“有”或“无”)偏转．答案(1)减小(2)无解析当用紫外线灯照射锌板时，锌板发生光电效应，锌板放出光电子而带上正电，此时与锌板连在一起的验电器也带上了正电，故指针发生了偏转．当带负电的小球与锌板接触后，中和了一部分正电荷，从而使验电器的指针偏角减小．使验电器指针回到零，用钠灯发出的黄光照射锌板，验电器指针无偏转，说明钠灯发出的黄光的频率小于锌的极限频率，而红外光比黄光的频率还要低，更不行能使锌板发生光电效应．能否发生光电效应与入射光的强弱无关．二、光电效应的试验规律1．光电效应的四个规律(1)任何一种金属都有一个截止频率νc，入射光的频率必需大于νc，才能产生光电效应，与入射光的强度及照射时间无关．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关．(3)当产生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的电子数与入射光的强度有关．(4)光电效应几乎是瞬时的，发生的时间一般不超过10－9 s.2．把握三个概念的含义(1)入射光频率打算着能否发生光电效应和光电子的最大初动能．(2)入射光的强度打算着单位时间内放射的光子数．(3)饱和光电流打算着单位时间内放射的光电子数．3．逸出功使电子脱离某种金属所做功的最小值，用W0表示，不同金属的逸出功不同．4．光电效应与光的电磁理论的冲突按光的电磁理论，应有：(1)光越强，光电子的初动能越大，遏止电压与光的强弱有关．(2)不存在截止频率，任何频率的光都能产生光电效应．(3)在光很弱时，放出电子的时间应远大于10－9 s.例2图17－2－2利用光电管争辩光电效应试验如图17－2－2所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则()A．用紫外线照射，电流表不愿定有电流通过B．用红光照射，电流表确定无电流通过C．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中确定无电流通过D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头向B端滑动时，电流表示数可能不变答案 D 解析因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中确定有电流通过，选项A错误；因不知阴极K的截止频率，所以用红光照射时，不愿定发生光电效应，所以选项B错误；即使U AK＝0，电流表中也有电流，所以选项C错误；当滑动触头向B端滑动时，U AK增大，阳极A吸取光电子的力气增加，光电流会增大，当全部光电子都到达阳极A时，电流达到最大，即饱和电流．若在滑动前，电流已经达到饱和电流，那么即使增大U AK，光电流也不会增大，所以选项D正确．针对训练1入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，那么() A．从光照至金属表面上到放射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能将减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将削减D．有可能不发生光电效应答案 C解析发生光电效应几乎是瞬时的，选项A错误；入射光的强度减弱，说明单位时间内的入射光子数目削减，频率不变，说明光子能量不变，逸出的光电子的最大初动能也就不变，选项B错误；入射光子的数目削减，逸出的光电子数目也就削减，故选项C正确；入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率不低于这种金属的极限频率，入射光的强度减弱而频率不变，同样能发生光电效应，故选项D错误．三、光电效应方程的理解与应用1．光电效应方程实质上是能量守恒方程能量为E＝hν的光子被电子吸取，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能．假如克服吸引力做功最少为W0，则电子离开金属表面时动能最大为E k，依据能量守恒定律可知：E k＝hν－W0.2．光电效应方程包含了产生光电效应的条件若发生光电效应，则光电子的最大初动能必需大于零，即E k＝hν－W0>0，亦即hν>W0，ν>W0h＝νc，而νc＝W0h 恰好是光电效应的截止频率．图17－2－33．E kmν曲线如图17－2－3所示是光电子最大初动能E km随入射光频率ν的变化曲线．这里，横轴上的截距是截止频率或极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．例3图17－2－4如图17－2－4所示，当电键K断开时，用光子能量为2.5 eV的一束光照射阴极P，发觉电流表读数不为零．合上电键，调整滑动变阻器，发觉当电压表读数小于0.60 V时，电流表读数仍不为零．当电压表读数大于或等于0.60 V时，电流表读数为零．由此可知阴极材料的逸出功为()A．1.9 eV B．0.6 eVC．2.5 eV D．3.1 eV答案 A解析由题意知光电子的最大初动能为E k＝eU c＝0．60 eV，所以依据光电效应方程E k＝hν－W0可得W0＝hν－E k＝(2.5－0.6) eV＝1.9 eV针对训练2图17－2－5如图17－2－5所示是某金属在光的照射下，光电子最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象，由图象可知()A．该金属的逸出功等于E B．该金属的逸出功等于hν0C．入射光的频率为ν0时，产生的光电子的最大初动能为ED．入射光的频率为2ν0时，产生的光电子的最大初动能为2E答案AB解析题中图象反映了光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系，依据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0，知当入射光的频率恰为该金属的截止频率ν0时，光电子的最大初动能E k＝0，此时有hν0＝W0，即该金属的逸出功等于hν0，选项B正确；依据图线的物理意义，有W0＝E，故选项A正确，而选项C、D错误．光电效应现象1．(2021·上海高考)当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，这时()A．锌板带负电B．有正离子从锌板逸出C．有电子从锌板逸出D．锌板会吸附空气中的正离子答案 C解析当用一束紫外线照射锌板时，产生了光电效应，有电子从锌板逸出，锌板带正电，选项C正确，A、B、D错误．光电效应规律2．用某种单色光照射某种金属表面，发生光电效应．现将该单色光的光强减弱，则下列说法中正确的是() ①光电子的最大初动能不变②光电子的最大初动能减小③单位时间内产生的光电子数削减④可能不发生光电效应A．①③B．②③C．①②D．③④答案 A解析由光电效应规律知，光电子的最大初动能由入射光的频率和金属的逸出功共同打算，与入射光的强度无关，故①对；单位时间内产生的光电子数与入射光的强度成正比，光强减弱，则单位时间内产生的光电子数削减，即③也正确．3．某单色光照射某金属时不能产生光电效应，则下述措施中可能使该金属产生光电效应的是()A．延长光照时间B．增大光的强度C．换用波长较短的光照射D．换用频率较低的光照射答案 C解析光照射金属时能否产生光电效应，取决于入射光的频率是否大于金属的截止频率，与入射光的强度和照射时间无关，故选项A、B、D均错误；又因ν＝cλ，所以选项C正确．光电效应方程的理解与应用4．(2022·广东卷)在光电效应试验中，用频率为ν的光照射光电管阴极，发生了光电效应，下列说法正确的是()A．增大入射光的强度，光电流增大B．减小入射光的强度，光电效应现象消逝C．改用频率小于ν的光照射，确定不发生光电效应D．改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大答案AD解析增大入射光的强度，单位时间内放射的光电子数增加，则光电流增大，选项A正确；光电效应能否发生与照射光频率有关，与照射光强度无关，选项B错误；改用频率较小的光照射时，假如光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应，否则，不能发生光电效应，选项C错误；光电子的最大初动能E k＝hν－W0，故改用频率大于ν的光照射，光电子的最大初动能变大，选项D正确．5.图17－2－6如图17－2－6所示是光电效应中光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象．从图中可知() A．E k与ν成正比B．入射光频率必需大于或等于极限频率νc时，才能产生光电效应C．对同一种金属而言，E k仅与ν有关D．E k与入射光强度成正比答案BC解析由E k＝hν－W0知B、C正确，A、D错误．(时间：60分钟)题组一光电效应的现象及规律1．硅光电池是利用光电效应原理制成的器件．下列表述正确的是()A．硅光电池是把光能转变为电能的一种装置B．硅光电池中吸取了光子能量的电子都能逸出C．逸出的光电子的最大初动能与入射光的频率无关D．任意频率的光照射到硅光电池上都能产生光电效应答案 A解析电池是把其他形式的能转化为电能的装置．而硅光电池即是把光能转变成电能的一种装置．2.图17－2－7(2022·文昌高二检测)在演示光电效应的试验中，原来不带电的一块锌板与灵敏静电计相连，用弧光灯(紫外线)照射锌板时，静电计的指针就张开一个角度，如图17－2－7所示，这时()A．锌板带正电，指针带负电B．锌板带正电，指针带正电C．若用黄光照射锌板，则可能不产生光电效应现象D．若用红光照射锌板，则锌板能放射光电子答案BC解析锌板在紫外线照射下，发生光电效应现象，有光电子飞出，故锌板带正电，指针上的部分电子被吸引到锌板上发生中和，使指针带正电，B对、A错；红光和黄光的频率都小于紫外线的频率，都可能不产生光电效应，C对、D错．3．(2022·东莞高二检测)用紫光照射某金属恰可发生光电效应，现改用较弱的太阳光照射该金属，则() A．可能不发生光电效应B．逸出光电子的时间明显变长C．逸出光电子的最大初动能不变D．单位时间逸出光电子的数目变小答案CD解析由于太阳光含有紫光，所以照射金属时发生光电效应且逸出光电子的最大初动能不变，又由于光强变弱，所以单位时间逸出光电子的数目变小，C、D正确，A错误；产生光电效应的时间几乎是瞬时的，B错误．4．关于光电效应的规律，下列说法中正确的是()A．只有入射光的波长大于该金属的极限波长，光电效应才能发生B．光电子的最大初动能跟入射光的强度成正比C．发生光电效应的时间一般都大于10－7 sD．发生光电效应时，单位时间内从金属内逸出的光电子数与入射光的强度成正比答案 D解析由ε＝hν＝hcλ知，当入射光波长大于极限波长时，不能发生光电效应，故A错；由E k＝hν－W0知，最大初动能由入射光频率打算，与入射光的强度无关，故B错；发生光电效应的时间一般不超过10－9 s，故C 错．5.图17－2－8如图17－2－8所示，电路中全部元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过．其缘由可能是()A．入射光太弱B．入射光波长太长C．光照时间太短D．电源正、负极接反答案BD解析金属存在截止频率，超过截止频率的光照射金属才会有光电子射出．放射的光电子的动能随频率的增大而增大，动能小时不能克服反向电压，也不能有光电流．入射光的频率低于截止频率，不能产生光电效应，与光照强弱无关，选项B正确，A错误；电路中电源正负极接反，对光电管加了反向电压，若该电压超过了遏止电压，也没有光电流产生，D正确；光电效应的产生与光照时间无关，C错误．6．一束绿光照射某金属发生了光电效应，则下列说法正确的是()A．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子数增加B．若增加绿光的照射强度，则逸出的光电子的最大初动能增加C．若改用紫光照射，则可能不会发生光电效应D．若改用紫光照射，则逸出的光电子的最大初动能增加答案AD解析光电效应的规律表明：入射光的频率打算是否发生光电效应以及发生光电效应时逸出的光电子的最大初动能的大小．当入射光的频率增加后，逸出的光电子的最大初动能也增加，又紫光的频率高于绿光的频率．而增加光的照射强度，会使单位时间内逸出的光电子数增加．故正确选项有A、D.题组二光电效应方程及应用7．产生光电效应时，关于逸出光电子的最大初动能E k，下列说法正确的是()A．对于同种金属，E k与照射光的强度无关B．对于同种金属，E k与照射光的波长成反比C．对于同种金属，E k与照射光的时间成正比D．对于同种金属，E k与照射光的频率成线性关系E．对于不同种金属，若照射光频率不变，E k与金属的逸出功成线性关系答案ADE解析E k＝hν－W0＝h cλ－W0，同种金属逸出功相同，最大初动能与照射光强度无关，与照射光的波长有关但不是反比例函数关系，最大初动能与入射光的频率成线性关系，不同种金属，保持入射光频率不变，最大初动能E k与逸出功成线性关系．8．(2022·柳州高二检测)用不同频率的光分别照射钨和锌，产生光电效应，依据试验可画出光电子的最大初动能E k随入射光频率ν变化的E kν图线．已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功为3.34 eV，若将二者的图线画在同一个E kν坐标系中，则正确的图是()答案 A解析依据光电效应方程E k＝hν－W0可知，E kν图象的斜率为普朗克常量h，因此图中两线应平行，故C、D错误；图线与横轴的交点表示恰能发生光电效应(光电子动能为零)时的入射光频率即极限频率．由光电效应方程可知，逸出功越大的金属对应的入射光的频率越高，所以能使金属锌发生光电效应的极限频率越高，所以A正确、B错误．9.图17－2－9已知金属锌发生光电效应时产生的光电子的最大初动能E k跟入射光的频率ν的关系图象如图17－2－9中的直线1所示．某种单色光照射到金属锌的表面时，产生的光电子的最大初动能为E1.若该单色光照射到另一金属表面时产生的光电子的最大初动能为E2，E2<E1，关于这种金属的最大初动能E k跟入射光的频率ν的关系图象应是图中的()A．a B．bC．c D．上述三条图线都不正确答案 A解析依据光电效应方程知，E kν为一次函数，普朗克常量h是斜率，h是确定的值，虽然金属的逸出功不同，但两个E kν图象的斜率相同，两个直线平行，同时再利用E k＝hν－W0，结合图象E2<E1，hν相同，所以W1<W2，即直线在纵轴上的截距W2大，故选A.10．在光电效应试验中，某金属的截止频率对应的波长为λ0，该金属的逸出功为________．若用波长为λ(λ<λ0)的单色光做该试验，则其遏止电压为________．已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e 、c 和h . 答案hcλ0hc e ·λ0－λλ0λ题组三 综合应用11．频率为ν的光照射到一种金属表面上，有电子从金属表面逸出，当所加反向电压U 的大小增大到3 V 时，光电流刚好减小到零．已知这种金属的极限频率为νc ＝6.00×1014 Hz ，因此入射光的频率ν＝________Hz.(电子电荷量e ＝1.60×10－19C ，普朗克常量h ＝6.63×10－34J ·s)答案 1.32×1015解析 光电子的最大初动能E k ＝eU c ① 由爱因斯坦光电效应方程有 E k ＝hν－hνc ② 联立①②得：ν＝eU ch ＋νc ＝1.32×1015 Hz12．分别用λ和34λ的单色光照射同一金属，发出的光电子的最大初动能之比为1∶3.以h 表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功是多大？答案 5hc6λ解析 设此金属的逸出功为W ，依据光电效应方程得如下两式： 当用波长为λ的光照射时：E k1＝hcλ－W ①当用波长为34λ的光照射时：E k2＝4hc3λ－W ②又E k1E k2＝13③ 解①②③组成的方程组得：W ＝5hc6λ.13．铝的逸出功为4.2 eV ，现用波长200 nm 的光照射铝的表面．已知h ＝6.63×10－34J ·s ，求：(1)光电子的最大初动能； (2)遏止电压；(3)铝的截止频率． 答案 (1)3.225×10－19J (2)2.016 V(3)1.014×1015 Hz解析 (1)依据光电效应方程E k ＝hν－W 0有E k ＝hcλ－W 0＝6.63×10－34×3.0×108200×10－9 J －4.2×1.6×10－19 J ＝3.225×10－19 J (2)由E k ＝eU c 可得U c ＝E k e ＝3.225×10－191.6×10－19V ＝2.016 V.(3)hνc ＝W 0知νc ＝W 0h ＝Hz ＝1.014×1015 Hz.。
3 粒子的波动性[学习目标] 1.知道光的本性的认识史．了解光的波粒二象性及其对立统一关系.2.了解粒子的波动性，知道物质波的概念.3.了解什么是德布罗意波，会解释有关现象．一、光的波粒二象性[导学探究]人类对光的本性的认识的过程中先后进行了一系列实验，比如：光的单缝衍射实验(图A)光的双孔干涉实验(图B)光电效应实验(图C)光的薄膜干涉实验(图D)康普顿效应实验等等．(1)在以上实验中哪些体现了光的波动性？哪些体现了光的粒子性？(2)光的波动性和光的粒子性是否矛盾？[知识梳理](一)人类对光的本性的研究1.2．光子的能量和动量 (1)能量：ε＝______. (2)动量：p ＝______.3．意义：能量ε和动量p 是描述物质的______性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的______性的典型物理量．因此ε＝hν和p ＝hλ揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系．[即学即用] 判断下列说法的正误．(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．( ) (4)光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子．( ) 二、物质波[导学探究] 德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性，你如何理解该问题？[知识梳理] 对物质波的认识 1．粒子的波动性(1)德布罗意波：任何__________着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种波叫________，又叫德布罗意波． (2)物质波波长、频率的计算公式为λ＝______，ν＝______.(3)我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太____，德布罗意波长太____的缘故． 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______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的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的________． (3)说明①人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的________，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝εh 和λ＝hp 关系同样正确． ②物质波也是一种概率波． [即学即用] 判断下列说法的正误．(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．( )一、光的波粒二象性的理解1．大量光子产生的效果显示出波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性．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；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波．3．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．4．光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．例1(多选)对光的认识，以下说法中正确的是()A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B．高频光是粒子，低频光是波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，就不再具有波动性了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得明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现得明显针对训练1关于光的波粒二象性，下列理解正确的是()A．当光子静止时有粒子性，光子传播时有波动性B．光是一种宏观粒子，但它按波的方式传播C．光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可以用波动规律来描述D．大量光子出现的时候表现为粒子性，个别光子出现的时候表现为波动性二、对物质波的理解例2质量为10g、速度为300m/s在空中飞行的子弹，其德布罗意波长是多少？为什么我们无法观察到其波动性？针对训练2(多选)下列说法中正确的是()A．物质波也叫德布罗意波B．物质波也是概率波C．光波是一种概率波D．光波也是物质波德布罗意波长的计算(1)首先计算物体的速度，再计算其动量．如果知道物体动能也可以直接用p ＝2mE k 计算其动量．(2)再根据λ＝hp计算德布罗意波长．(3)需要注意的是：德布罗意波长一般都很短，比一般的光波波长还要短，可以根据结果的数量级大致判断结果是否合理．1．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；光的波长越短，其粒子性越显著D．大量光子的行为往往表现出粒子性2．下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是()A．任何一个物体都有波和它对应，这就是物质波B．X光的衍射证实了物质波的假设是正确的C．电子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3．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4．电子经电势差为U＝200V的电场加速，电子质量m0＝9.1×10－31kg，求此电子的德布罗意波长．[答案]精析知识探究一、导学探究 (1)单缝衍射、双孔干涉、薄膜干涉体现了光的波动性． 光电效应和康普顿效应体现了光的粒子性．(2)不矛盾．大量光子在传播过程中显示出波动性，比如干涉和衍射．当光与物质发生作用时，显示出粒子性，如光电效应、康普顿效应．光具有波粒二象性． 知识梳理(二)1.波动性 衍射 粒子性 光电效应 波动性 粒子性 波粒二象性 2．(1)hν (2)hλ 3.粒子 波动即学即用 (1)√ (2)× (3)√ (4)×二、导学探究 波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大，动量大，波长短，难以观测．知识梳理 1.(1)运动 物质波 (2)h p εh (3)大 小 2.(1)干涉 干涉 (2)波动性 (3)①波动性即学即用 (1)× (2)× (3)√ 题型探究例1AD[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，频率高的光粒子性强，频率低的光波动性强，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，故正确选项为A、D.]针对训练1 C例2 2.21×10－34m 由于子弹的德布罗意波长极短，无法观察到其波动性[解析] 由德布罗意波长公式可得λ＝h p ＝ 6.63×10－3410×10－3×300m ＝2.21×10－34m.因子弹的德布罗意波长太短，故无法观察到其波动性． 针对训练2 ABC达标检测1．C 2.C 3.C 4.8.69×10－2nm。
3 粒子的波动性4 概率波5 不确定性关系[目标定位] 1.知道光的波粒二象性，理解其对立统一的关系，会分析有关现象.2.理解德布罗意波和概率波的统计规律.3.了解经典的粒子和经典的波，会用不确定关系的对应公式分析简洁问题．一、粒子的波动性 1．光的波粒二象性(1)光既具有波动性又具有粒子性，即光具有波粒二象性．(2)光子的能量ε＝hν和动量p ＝hλ．两式左侧的物理量ε和p 描述光的粒子性，右侧的物理量ν和λ描述光的波动性，普朗克常量h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁． 2．粒子的波动性(1)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，也叫做物质波． (2)物质波的波长、频率关系式波长：λ＝hp ，频率：ν＝εh．3．物质波的试验验证(1)1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射试验，得到了电子的衍射图样，证明白电子的波动性．(2)人们间续证明白质子、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ν＝εh 和λ＝hp关系同样正确． 二、概率波1．经典粒子和经典波(1)经典粒子：①粒子有确定的空间大小，有确定的质量，遵循牛顿运动定律． ②运动的基本特征：在任意时刻有确定的位置和速度，在空间中有确定的轨道． (2)经典波：经典波的基本特征是：具有确定的频率和波长，即具有时空的周期性． 2．概率波(1)光波是一种概率波光的波动性不是光子之间相互作用的结果而是光子自身固有的性质，光子在空间毁灭的概率可以通过波动规律确定，所以，光波是一种概率波． (2)物质波也是一种概率波对于电子和其他微观粒子，单个粒子的位置是不确定的，但在某点毁灭的概率的大小可以由波动规律确定，而且对于大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果，所以物质波也是概率波． 三、不确定性关系1．定义：在经典物理学中，一个质点的位置和动量是可以同时测定的，在微观物理学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的，这种关系叫不确定性关系．2．表达式：Δx Δp ≥h4π.其中以Δx 表示粒子位置的不确定量，以Δp 表示粒子在x 方向上的动量的不确定量，h 是普朗克常量．一、对光的波粒二象性的理解例1 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 答案 AD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． 二、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，我们之所以观看不到宏观物体的波动性，是由于宏观物体对应的波长太小的缘由．2．物质波波长的计算公式为λ＝hp ，频率公式为ν＝εh3．德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了全部的物质粒子，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． 例2 下列关于德布罗意波的生疏，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 B ．X 光的衍射证明白物质波的假设是正确的 C ．电子的衍射证明白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 答案 C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，它的衍射不能证明物质波的存在，B 项错；只有C 项正确．例3 假如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大？(中子的质量为1.67×10－27kg ，普朗克常量为6.63×10－34J ·s)答案 4.0×10－10m 6.63×10－35m解析 中子的动量为p 1＝m 1v 子弹的动量为p 2＝m 2v据λ＝hp知中子和子弹的德布罗意波长分别为λ1＝h p 1，λ2＝hp 2联立以上各式解得λ1＝h m 1v ，λ2＝hm 2v将m 1＝1.67×10－27 kg ，v ＝103 m/s h ＝6.63×10－34 J ·s ， m 2＝1.0×10－2kg 代入上面两式可解得λ1＝4.0×10－10 m ，λ2＝6.63×10－35 m三、对概率波的理解1．光子既具有粒子性，又具有波动性．光子在和其他物质作用的过程中(如光电效应和康普顿效应)显示出粒子性，光在传播过程中显示出波动性．在光的传播过程中，光子在空间各点毁灭的可能性的大小(概率)由波动性起主导作用，因此光波为概率波．2．大量光子产生的效果表现出波动性，个别光子产生的效果表现出粒子性；对于不同频率的光，频率低、波长长的光，波动性特征明显；而频率高、波长短的光，粒子性特征明显．3．对于电子、实物粒子等其他微观粒子，同样具有波粒二象性，所以与它们相联系的德布罗意波也是概率波． 例4 物理学家做了一个好玩的双缝干涉试验：在光屏处放上照相用的底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝．试验结果表明，假如曝光时间不太长，底片上只能毁灭一些不规章的点子；假如曝光时间足够长，底片上就会毁灭规章的干涉条纹．对这个试验结果有下列生疏，其中正确的是( ) A ．曝光时间不太长时，底片上只能毁灭一些不规章的点子，表现出光的波动性 B ．单个光子通过双缝后的落点可以猜想 C ．只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性 D ．干涉条纹中光明的部分是光子到达机会较多的地方 答案 D解析 曝光时间不太长时，底片上只能毁灭一些不规章的点子，表现出光的粒子性，选项A 错误；单个光子通过双缝后的落点不行以猜想，在某一位置毁灭的概率受波动规律支配，选项B 错误；大量光子的行为才能表现出光的波动性，干涉条纹中光明的部分是光子到达机会较多的地方，故选项C 错误、D 正确． 借题发挥 解答本类型题时应把握以下两点： (1)光具有波粒二象性，光波是一种概率波．(2)单个光子的落点位置是不确定的，大量光子运动时落点位置听从概率分布规律． 四、对不确定性关系的理解1．单缝衍射现象中，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的，即通过挡板前粒子的位置具有不确定性． 2．单缝衍射现象中，粒子通过狭缝后，在垂直原来运动方向的动量是不确定的，即通过挡板后粒子的动量具有不确定性．3．微观粒子运动的位置不确定量Δx 和动量的不确定量Δp 的关系式为Δx Δp ≥h4π，其中h 是普朗克常量，这个关系式叫不确定性关系．4．不确定性关系告知我们，假如要更精确 地确定粒子的位置(即Δx 更小)，那么动量的测量确定会更不精确 (即Δp 更大)，也就是说，不行能同时精确 地知道粒子的位置和动量，也不行能用“轨迹”来描述粒子的运动．例5 在单缝衍射试验中，若单缝宽度是1.0×10－9m ，那么光子经过单缝发生衍射，动量不确定量是多少？ 答案 Δp ≥5.3×10－26kg ·m/s解析 由题意可知光子位置的不确定量Δx ＝1.0×10－9 m ，解答本题需利用不确定性关系． 单缝宽度是光子经过狭缝的位置不确定量， 即Δx ＝1.0×10－9 m ，由Δx Δp ≥h4π有：1.0×10－9 m ·Δp ≥6.63×10－34 J ·s 4π.得Δp ≥5.3×10－26 kg ·m/s.对光的波粒二象性的理解1．关于光的波粒二象性，正确的说法是( ) A ．光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著 B ．光的波长越长，光的能量越小，波动性越显著C ．频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性D ．个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性 答案 ABD解析 光具有波粒二象性，但在不同状况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性越强，反之波动性明显，个别光子易显示粒子性，大量光子显示波动性，故选项A 、B 、D 正确． 对物质波的理解2．一颗质量为10 g 的子弹，以200 m/s 的速度运动着，则由德布罗意理论计算，要使这颗子弹发生明显的衍射现象，那么障碍物的尺寸为( ) A ．3.0×10－10m B ．1.8×10－11mC ．3.0×10－34m D ．无法确定答案 C解析 λ＝h p ＝hm v ＝ 6.63×10－3410×10－3×200 m ≈3.32×10－34 m ，故能发生明显衍射的障碍物尺寸应为选项C.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的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波D ．宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性 答案 C解析 任何一个运动的物体都具有波动性，但由于宏观物体的德布罗意波波长很短，所以很难看到它的衍射和干涉现象，所以C 项对，B 、D 项错；物质波不同于宏观意义上的波，故A 项错．对概率波的理解4．在单缝衍射试验中，中心亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上．假设现在只让一个光子能通过单缝，那么该光子()A．确定落在中心亮纹处B．确定落在亮纹处C．可能落在暗纹处D．落在中心亮纹处的可能性最大答案CD解析依据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不行确定的，但概率最大的是落在中心亮纹处，可达95%以上．当然也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，只不过落在暗处的概率很小而已，故只有C、D正确．对不确定性关系的理解5．依据不确定性关系ΔxΔp≥h4π，推断下列说法正确的是()A．实行方法提高测量Δx精度时，Δp的精度下降B．实行方法提高测量Δx精度时，Δp的精度上升C．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关D．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关答案AD解析不确定关系表明，无论接受什么方法试图确定位置坐标和相应动量中的一个，必定引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不行能逾越不确定关系所给出的限度．故A、D正确．(时间：60分钟)题组一对光的波粒二象性的理解1．(2022·门头沟高二检测)说明光具有粒子性的现象是() A．光电效应B．光的干涉C．光的衍射D．康普顿效应答案AD2．人类对光的本性的生疏经受了曲折的过程．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．光的双缝干涉试验显示了光具有波动性C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波D．光具有波粒二象性答案BCD解析牛顿的“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，明显A错；干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，B正确；麦克斯韦依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，后来赫兹用试验证明白光的电磁说，C正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，D正确．3．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．光电效应现象说明白光的粒子性C．光波不同于机械波，它是一种概率波D．光的波动性和粒子性是相互冲突的，无法统一答案BC解析爱因斯坦的光子说并没有否定电磁说，只是在确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；光波在少量的状况下体现粒子性，大量的状况下体现波动性，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．题组二对物质波的理解4．下列物理试验中，能说明粒子具有波动性的是()A．通过争辩金属的遏止电压与入射光频率的关系，证明白爱因斯坦光电效应方程的正确性B．通过测试多种物质对X射线的散射，发觉散射射线中有波长变大的成分C．通过电子双缝试验，发觉电子的干涉现象D ．利用晶体做电子束衍射试验，证明白电子的波动性 答案 CD解析 干涉和衍射是波特有的现象，由于X 射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故X 射线散射中有波长变大的成分，并不能证明物质波理论的正确性，即A 、B 不能说明粒子的波动性，证明粒子的波动性只能是C 、D.5．下列关于物质波的说法中正确的是( )A ．实物粒子具有粒子性，在任何条件下都不行能表现出波动性B ．宏观物体不存在对应波的波长C ．电子在任何条件下都能表现出波动性D ．微观粒子在确定条件下能表现出波动性 答案 D6．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解析 由物质波的波长λ＝hp ，得其只与物体的动量有关，动量越大其波长越短．7．利用金属晶格(大小约10－10m)作为障碍物观看电子的衍射图样，方法是使电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m ，电荷量为e ，初速度为0，加速电压为U ，普郎克常量为h ，则下列说法中正确的是( ) A ．该试验说明白电子具有波动性B ．试验中电子束的德布罗意波长为λ＝h2meUC ．加速电压U 越大，电子的衍射现象越明显D ．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显 答案 AB解析 得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A 正确；由德布罗意波长公式λ＝hp而动量p ＝2mE k ＝2meU 两式联立得λ＝h2meU，B 正确； 由公式λ＝h2meU可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象越不明显；用相同动能的质子替代电子，质子的波长小，其衍射现象不如电子的衍射现象明显．故C 、D 错误． 题组三 对概率波的理解8．下列各种波是概率波的是( ) A ．声波 B ．无线电波 C ．光波 D ．物质波 答案 CD解析 声波是机械波，A 错；电磁波是一种能量波，B 错；由概率波的概念和光波以及物质波的特点分析可以得知光波和物质波均为概率波，故C 、D 正确．9．在做双缝干涉试验时，发觉100个光子中有96个通过双缝后打到了观看屏上的b 处，则b 处是( ) A ．亮纹 B ．暗纹C ．既有可能是亮纹也有可能是暗纹D ．以上各种状况均有可能 答案 A解析 由光子按波的概率分布的特点去推断，由于大部分光子都落在b 点，故b 处确定是亮纹，选项A 正确． 10．在验证光的波粒二象性的试验中，下列说法正确的是( )A ．使光子一个一个地通过单缝，假如时间足够长，底片上会毁灭衍射图样B ．单个光子通过单缝后，底片上会毁灭完整的衍射图样C ．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏D ．单个光子通过单缝后打在底片上的状况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的状况呈现出规律性 答案 AD11．关于电子的运动规律，以下说法正确的是( )A．电子假如表现出粒子性，则无法用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律B．电子假如表现出粒子性，则可以用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律C．电子假如表现出波动性，则无法用轨迹来描述它们的运动，空间分布的概率遵循波动规律D．电子假如表现出波动性，则可以用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律答案 C解析由于电子是概率波，少量电子表现出粒子性，无法用轨迹描述其运动，也不遵从牛顿运动定律，所以选项A、B错误；大量电子表现出波动性，无法用轨迹描述其运动，但可确定电子在某点四周毁灭的概率且遵循波动规律，选项C正确，D错误．题组四对不确定性关系的理解12．由不确定性关系可以得出的结论是()A．假如动量的不确定范围越小，则与它对应位置坐标的不确定范围就越大B．假如位置坐标的不确定范围越小，则动量的不确定范围就越大C．动量和位置坐标的不确定范围之间的关系不是反比例函数D．动量和位置坐标的不确定范围之间有唯一的确定关系答案ABC13．关于不确定性关系ΔxΔp≥h4π有以下几种理解，其中正确的是() A．微观粒子的动量不行确定B．微观粒子的位置坐标不行确定C．微观粒子的动量和位置不行能同时确定D．不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观粒子答案CD解析本题主要考查对不确定性关系ΔxΔp≥h4π的理解，不确定性关系表示确定位置、动量的精度相互制约，此长彼消，当粒子的位置不确定性小时，粒子动量的不确定性大；反之亦然．故不能同时精确确定粒子的位置和动量．不确定性关系是自然界中的普遍规律，对微观世界的影响显著，对宏观世界的影响可忽视，故C、D正确．14．已知h4π＝5.3×10－35J·s，试求下列状况中速度测定的不确定量，并依据计算结果，争辩在宏观和微观世界中进行测量的不同状况．(1)一个球的质量m＝1.0 kg，测定其位置的不确定量为10－6m；(2)电子的质量m e＝9.1×10－31kg，测定其位置的不确定量为10－10 m.答案见解析解析(1)球的速度测定的不确定量Δv≥h4πmΔx＝5.3×10－351.0×10－6m/s＝5.3×10－29m/s这个速度不确定量在宏观世界中微不足道，可认为球的速度是确定的，其运动遵从经典物理学理论．(2)原子中电子的速度测定的不确定量Δv≥h4πm eΔx＝5.3×10－359.1×10－31×10－10m/s＝5.8×105 m/s这个速度不确定量不行忽视，不能认为原子中的电子具有确定的速度，其运动不能用经典物理学理论处理．。
