【志鸿优化设计-赢在课堂】(人教版)2014-2015高中物理选修3-5课件 17.3 粒子的波动性

3粒子的波动性3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导学习目标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。重点难点重点:光的波粒二象性。难点:对物质波概念的理解。3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导一、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=ℎ𝜆。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。3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导预习交流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。3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导二、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。3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导三、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。3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导预习交流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。3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测一、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。3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测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: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波光是一种电磁波光是由一份一份光子组成的光是具有电磁本性的物质,既有波动性又有粒子性3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测3.如何理解光的波粒二象性?答案:实验基础表现说明光的波动性干涉和衍射(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(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3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测光的粒子性光电效应、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(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波动性和粒子性的对立、统一(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)的光粒子性强光子说并未否定波动性,ε=hν=ℎ𝑐𝜆中,ν和λ就是波的概念3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测迁移与应用例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B.光的双缝干涉显示了光的波动性C.麦克斯韦预言了光是一种电磁波D.光具有波粒二象性3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测解析: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错误;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:BCD3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测迁移训练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:C3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测解析: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,所以,不能说有的光是波,有的光是粒子。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,不能说光子与电子是同样一种粒子。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,其光子能量越大,个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应,所以其粒子性就很显著。故选项C正确,A、B、D错误。3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测在宏观现象中,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。3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测二、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100V电压加速后,德布罗意波长约为0.12nm,因此有可能观察到电子的波动性。3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测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=hp,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。3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测迁移与应用例2一质量为450g的足球以10m/s的速度在空中飞行;一个初速度为零的电子,通过电压为100V的加速电场。试分别计算它们的德布罗意波波长。(已知me=9.1×10-31kg,e=1.6×10-19C)3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测解析:物体的动量p=mv。其德布罗意波波长λ=hp=hmv。足球的波长:λ1=hm1v1=6.63×10-34450×10-3×10m=1.47×10-34m。电子经电场加速后,速度增加为v2,根据动能定理12m2v22=eU,p2=m2v2=2m2eU。该电子的德布罗意波波长λ2=hp2=h2m2eU=6.63×10-342×9.1×10-31×1.6×10-19×100m=1.2×10-10m。答案:1.47×10-34m1.2×10-10m3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测迁移训练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()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3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测答案:AD解析:由题目所给信息“电子的物质波波长很短,能防止发生明显衍射现象”及发生衍射现象的条件可知,电子的物质波的波长比原子的尺寸小得多,A正确。由信息“利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生衍射现象的条件可知,中子的物质波或X射线的波长与原子的尺寸相当,D正确。3粒子的波动性课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测对物质波的理解(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。(2)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的支配,不要以宏观观点中的波来理解德