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问题导学
粒子的波动性
当堂检测
课前预习导学
KEQIAN YUXI DAOXUE
课堂合作探究
KETANG HEZUO TANJIU
2.通过前面的学习我们知道,光既具有粒子性,又具有波动性,即光 具有波粒二象性。 你知道在人们对光的认识过程中出现过哪些学说吗? 答案:在人们对光的认识过程中主要出现过以下学说:
内容 要点
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3.如何理解光的波粒二象性? 答案:
实验基础 表现 (1)光是一种概率波,即光子 在空间各点出现的可能性大 小(概率)可用波动规律来描 述。 (2)足够能量的光在传播时, 表现出波的性质 说明 (1)光的波动性是光子 本身的一种属性,不是 光子之间相互作用产生 的。 (2)光的波动性不同于 宏观概念的波。 (3)波长越长的光越易 表现出波动性
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迁移训练 2(多选)为了观察晶体的原子排列,采用了以 下两种方法:(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( )
(1)粒子的含义是“不连 续”“一份一份”的。 (2)光子不同于宏观概 念的粒子 光子说并未否定波动 性,ε=hν=
ℎ ������ 中,ν 和 ������
(1)大量光子易显示波动性,而少量光子易 显示出粒子性。 (2)波长长(频率低 )的光波动性强,而波长 短(频率高)的光粒子性强
λ就
是波的概念
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在宏观现象中,波与粒子是对立的概念,而在微观世界中,波与粒子 可以统一,微观世界的某些属性与宏观世界不同。光既不是宏观观念的 波,也不是宏观观念的粒子,光具有波粒二象性是指光在传播过程中和 同物质作用时分别表现出波动和粒子的特性。
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3.宏观物体也具有波粒二象性吗? 答案:电子、 质子等微观粒子具有波粒二象性已是无可争议的事实, 因为,人们已经通过实验观察到了它们的干涉和衍射等现象。宏观物体 由于运动动量较大,根据德布罗意波波长与动量的关系 λ=p,波长非常非 常小,尽管不容易观察到它们的干涉、 衍射等波的现象,但它们仍然具有 波动性,因此宏观物体也具有波粒二象性。
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迁移与应用 例 1(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
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一、光的波粒二象性 活动与探究
1.有一位记者曾向英国物理学家、诺贝尔奖获得者布拉格请教:光 是波还是粒子?布拉格幽默地答道:“星期一、 三、 五它是一个波,星期二、 四、 六它是一个粒子,星期天物理学家休息。 ”你是如何理解布拉格的回 答的? 答案:光既不同于宏观观念的粒子,又不同于宏观观念的波,但光既 具有粒子性,又具有波动性。粒子性、波动性是光本身的属性。
ℎ ������
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预习交流 1
光具有波动性是否说明光就是我们宏观意义上的波? 答案: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。
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学习目标 重点难点
1.能说出光的波粒二象性的意义。 2.知道实物粒子具有波动性,能说出物质波的概念。 重点:光的波粒二象性。 难点:对物质波概念的理解。
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迁移与应用 例 2 一质量为 450 g 的足球以 10 m/s 的速度在空中飞行; 一个初速度为零的电子,通过电压为 100 V 的加速电场。试分别计算它 们的德布罗意波波长。(已知 me=9.1× 10-31 kg,e=1.6×10-19 C)
学说 名称 代表 人物 实验 依据 微粒说 牛顿 光的直线 传播、光 的反射 光是一群 弹性粒子 波动说 惠更斯 光的 干涉、 衍射 光是 一种 机械波 电磁说 麦克斯韦 能在真空中 传播,是横波, 光速等于电 磁波速 光是一种 电磁波 光子说 爱因 斯坦 光电 效应、 康普顿 效应 光是由 一份一 份光子 组成的 波粒二 象性 公认 光既有波动现象, 又有粒子特征 光是具有电磁本 性的物质,既有波 动性又有粒子性
A.电子显微镜所利用的是,电子的物质波的波长比原子的尺寸小得多
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
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预习交流 2
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。 答案: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。
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迁移训练 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;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 答案:C
波长公式:λ=p,频率公式:ν=h。
h ε
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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衍射实验,得 到了明显的衍射图样,从而证实了电子的波动性。
光的波 动性
干涉和检测
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光的粒 子性 波动性 和粒子 性的 对立、 统一
光电 效应、 康普顿 效应
(1)当光同物质发生作用时, 这种作用是“一份一份”进行 的,表现出粒子的性质。 (2)少量或个别光子清楚地显 示出光的粒子性
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二、对物质波的理解 活动与探究
1.描述波的物理量及波动特有的现象是什么?粒子具有哪些特征? 答案:描述波的物理量有:波长、频率和波速。波动特有的现象是: 干涉、衍射等。 描述粒子的物理量有质量、 能量、 动量等,还具有与其他物质碰撞、 入射、贯穿结合等作用特征。 2.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? 答案:因为宏观物体对应的德布罗意波的波长很短,所以通常情况 下,我们很难观察到其波动性;而当一个原来静止的电子,在经过 100 V 电压加速后,德布罗意波长约为 0.12 nm,因此有可能观察到电子的波动 性。
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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
