选修高二同步波粒二象性.docx

1、学习内容：第二章第3，4，5节光的波粒二象性一、教学目标1.知道光的波粒二象性，并会分析有关现象.2.了解物质波的概念，知道实物粒子具有波粒二象性3.理解德布罗意波和概率波的统计规律，知道光也是一种概率波4.了解经典的粒子和经典的波的基本特征.5.初步了解不确定性关系的内容及对一些现象的解释6.了解康普顿效应及其意义. 二、知识点梳理（一）粒子的波动性1光的波粒二象性实验基础表现光的波动性干涉和衍射1.大量光子产生的效果显示出波动性2足够能量的光在传播时，表现出波的性质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观念的波光的粒子性光电效应、康普顿效应1.

2、当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子性2少量或个别光子容易显示出光的粒子性1.粒子的含义是“不连续”、“一份一份”的2光子不同于宏观观念的粒子说明对于不同频率的光，频率越高，光的粒子性越强；频率越低，光的波动性越强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)，光的康普顿效应实验(图D) 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(3)光子的能量和动量光子的能量h和动量p.两式左侧的物理量和p描述光的粒子性，右

3、侧的物理量和描述光的波动性，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)任何运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种波叫物质波，又叫德布罗意波(2)德布罗意波波长、频率的计算公式为，.(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大，德布罗意波长太小的缘故3物质波的实验验证(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实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性(2)人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的和关系同样正确【例1】(多选)关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是

4、()A波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性B光波频率越高，粒子性越明显C能量较大的光子其波动性较显著D个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性解析光的波粒二象性是指光波同时具有波和粒子的双重性质，有时表现为波动性，有时表现为粒子性大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显不同频率的光，频率越高，粒子性越显著，频率越低，波动性越显著答案ABD对于不同频率的光，频率越高，光的粒子性越强；频率越低，光的波动性越强【例2】下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是()A光波是一种物质波BX光的衍射证实了物质波的假设是正确的C电子的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

5、到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性解析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，它的衍射不能证实物质波的存在，B项错，只有C项正确答案C【例3】电子经电势差为U200 V的电场加速，电子质量m09.11031kg，求此电子的德布罗意波长解析已知m0v2EkeUpEk所以把U200 V，m09.11031 kg，代入上式解得8.69102 nm.答案8.69102 nm 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计算其动量(2)再根据计算德布罗意波长（二）概

6、率波1经典的粒子和经典的波(1)经典的粒子粒子有一定的空间大小，有一定的质量，有的还具有电荷量，遵循牛顿运动定律运动的基本特征：任意时刻有确定的位置和速度，以及时空中有确定的轨道(2)经典的波基本特征是：具有确定的频率和波长，即具有时空的周期性2概率波 单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不能确定的 大量粒子运动的统计规律：光在传播过程中，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定，所以光波是一种概率波 (1)光波是一种概率波光的波动性不是光子之间相互作用引起的，而是光子自身固有的性质，光子在空间出现的概率可以通过波

7、动的规律确定，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，但在某点出现的概率的大小可以由波动的规律确定对于大量粒子，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【例4】物理学家做了一个有趣的双缝干涉实验：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实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只能出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就会出现规则的干涉条纹对这个实验结果有下列认识，其中正确的是()A曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，表现出光的波动性B单个光子通过双缝后的落点可以预测C只有

8、大量光子的行为才能表现出光的粒子性D干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方解析曝光时间不太长时，底片上只能出现一些不规则的点子，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可以预测，在某一位置出现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，干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方，选项C错误，D正确答案D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，大量光子的落点位置服从概率分布规律（三）不确定性关系1定义在经典物理学中，可以同时用质点的位置和动量精确描述它的运动，在微观物理学中，要同时

9、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xp.其中以x表示粒子位置的不确定量，以p表示粒子在x方向上的动量的不确定量，h是普朗克常量3微观粒子运动的基本特征：不再遵守牛顿运动定律，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，不可能用“轨迹”来描述粒子的运动，微观粒子的运动状态只能通过概率做统计性的描述【例5】(多选)关于不确定性关系xp有以下几种理解，其中正确的是()A微观粒子的动量不可确定B微观粒子的位置坐标不可确定C微观粒子的动量和位置不可能同时确定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解析不确定性关系表示确定位置、动量的精度相互制约，此长

10、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准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略，故C、D正确答案CD理解不确定性关系时应注意的问题(1)对子弹这样的宏观物体，不确定量是微不足道的，对测量准确性没有任何限制，但对微观粒子却是不可忽略的(2)在微观世界中，粒子质量较小，不能同时精确地测出粒子的位置和动量，也就不能准确地把握粒子的运动状态.三、课堂练习1(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

11、；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答案C解析一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性有些行为(如光电效应)表现出粒子性，A错误；虽然光子与电子都是微观粒子，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，光子是以场形式存在的物质，所以B错误；光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著；光的波长越短，其粒子性越显著，故选项C正确，D错误2(对物质波的理解)关于物质波，以下说法正确的是()A实物粒子具有粒子性

12、，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答案D解析一切运动的粒子，包括宏观及微观粒子，都具有波动性3(对物质波的理解)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()A3.01010 m B1.81011 mC3.01034 m D无法确定答案C解析 m3.321034 m，故能发生明显衍射的障碍物尺寸应为选项C.4(对概念波的理解)(多选)在单缝衍射实验中，中央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

13、个光子能通过单缝，那么该光子()A一定落在中央亮纹处B一定落在亮纹处C可能落在暗纹处D落在中央亮纹处的可能性最大答案CD解析根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，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5(对不确定性关系的理解)(多选)根据不确定性关系xp，判断下列说法正确的是()A采取办法提高测量x精度时，p的精度下降B采取办法提高测量x精度时，p的精度上升Cx与p测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关Dx与p测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关答案AD解析不确定性

14、关系表明，无论采用什么方法试图确定位置坐标和相应动量中的一个，必然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，都不可能逾越不确定性关系所给出的限度故A、D正6(多选)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AD7(多选)关于光的波粒二象性，下列说法正确的是()A光的双缝干涉实验显示了光具有波动性B光电效应现象说明光具有粒子性C频率高的光只具有粒子性，不具有波动性D无线电波只具有波动性，不具有粒子性答案AB解析光电效应、康普顿效应能说明光具有粒子性；光的干涉、衍射现象能说明光具有波动性；频率高的光粒子性明显，但也具有波动性；无线电波是电磁波，既具有波动性也具有粒子性8(多选)在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是()A使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样B单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样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