2022-2023學年高中物理 2.3 光是波還是粒子 滬科選修3-5

第2章波和粒子2.3光是波還是粒子學習目標定位1.知道光的波粒二象性，理解其對立統(tǒng)一的關系.2.知道光是一種概率波，知道概率波的統(tǒng)計意義.3.會用光的波粒二象性分析有關問題．知識儲備區(qū)4．(1)粒子(2)hν粒子

波動

普朗克常量h知識鏈接新知呈現(xiàn)1．干涉

衍射2．不可分割的能量子

hν3．5．小學習探究區(qū)一、對光的波粒二象性的理解二、再探光的雙縫干涉實驗一、對光的波粒二象性的理解問題設計聯(lián)系回顧光的波動理論的發(fā)展過程，結(jié)合現(xiàn)學知識說明：哪些現(xiàn)象說明光具有波動性？哪些現(xiàn)象說明光具有粒子性？人們對光的本性的認識發(fā)展史經(jīng)過哪幾個階段？從理論上如何說明光具有波粒二象性？答案對光的本性的認識史學說名稱微粒說波動說電磁說光子說波粒二象性代表人物牛頓惠更斯麥克斯韋愛因斯坦公認實驗依據(jù)光的直線傳播、光的反射光的干涉、衍射能在真空中傳播，是橫波，光速等于電磁波波速光電效應、康普頓效應光既有波動現(xiàn)象，又有粒子特征內(nèi)容要點光是一群彈性粒子光是一種機械波光是一種電磁波光是由一份一份光子組成的光是一種概率波光具有波粒二象性要點提煉1．對光的波粒二象性的理解2．光子的能量E＝hν和動量p＝普朗克常量h把描述粒子性的

和

，與描述波動性的

、

緊密聯(lián)系在一起，生動地說明光具有波粒二象性．能量E動量p頻率ν波長λ例1有關光的本性，下列說法正確的是(

)A．光既具有波動性，又具有粒子性，這是互相矛盾和對立的B．光的波動性類似于機械波，光的粒子性類似于質(zhì)點C．大量光子才具有波動性，個別光子只具有粒子性D．由于光既具有波動性，又具有粒子性，無法只用其中一種

去說明光的一切行為，只能認為光具有波粒二象性解析

19世紀初，人們成功地在實驗中觀察到了光的干涉、衍射現(xiàn)象，這屬于波的特征，微粒說無法解釋．但到了19世紀末又發(fā)現(xiàn)了光的新現(xiàn)象——光電效應，這種現(xiàn)象波動說不能解釋，證實光具有粒子性．因此，光既具有波動性，又具有粒子性，但不同于宏觀的機械波和粒子．波動性和粒子性是光在不同的情況下的不同表現(xiàn)，是同一客觀事物的兩個不同側(cè)面、不同屬性，我們無法用其中一種去說明光的一切行為，只能認為光具有波粒二象性．故選項D正確．答案

D針對訓練

對光的認識，下列說法中正確的是(

)A．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏觀概念上的波，

也可以看成微觀概念上的粒子B．光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互

作用引起的C．光表現(xiàn)出波動性時，就不具有粒子性，光表現(xiàn)出粒子性時，

就不具有波動性D．光的波粒二象性應理解為：在某種情況下光的波動性表現(xiàn)

明顯，在另外某種情況下光的粒子性表現(xiàn)明顯解析光與其他物質(zhì)相互作用時表現(xiàn)為粒子性，光在傳播時表現(xiàn)為波動性．光的波動性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性．故正確答案為B、D.答案

BD返回二、再探光的雙縫干涉實驗雙縫干涉實驗中(如圖1甲所示)，在光屏處放置照相底片，并設法減弱光的強度，使光子只能是一個一個地通過狹縫．問題設計圖1如圖乙所示，曝光時間短時，可看到底片上出現(xiàn)一些不規(guī)則分布的亮點，如圖丙所示，延長曝光時間，底片上出現(xiàn)的亮點更多了，曝光時間足夠長，有大量光子通過狹縫，底片上出現(xiàn)了規(guī)則的干涉條紋，如圖丁所示．如何解釋曝光時間較短時的亮點和曝光時間較長時的干涉圖樣呢？答案圖片上的亮點表明，光表現(xiàn)出粒子性，也看到光子的運動與宏觀現(xiàn)象中質(zhì)點的運動不同，沒有一定的軌道．圖丙和丁的圖樣說明，光的波動性是大量光子表現(xiàn)出來的現(xiàn)象，在干涉條紋中，那些光波強的地方是光子到達機會多的地方或是到達幾率大的地方，光波弱的地方是光子到達機會少的地方．光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動的規(guī)律確定，所以光波是一種概率波．要點提煉1．單個粒子運動的偶然性：我們可以知道粒子落在某點的概率，但不能預言粒子落在什么位置，即粒子到達什么位置是隨機的，是預先不能確定的．2．大量粒子運動的統(tǒng)計規(guī)律：光在傳播過程中，光子在空間出現(xiàn)的

可以通過波動規(guī)律確定，所以光波是一種

波．概率概率例2為了驗證光的波粒二象性，在雙縫干涉實驗中將光屏換成照相底片，并設法減弱光的強度，下列說法正確的是(

)A．使光子一個一個地通過雙縫干涉實驗裝置的單縫，如果時間

足夠長，底片上將出現(xiàn)雙縫干涉圖樣B．使光子一個一個地通過雙縫干涉實驗裝置的單縫，如果時間

很短，底片上將出現(xiàn)不太清晰的雙縫干涉圖樣C．大量光子的運動顯示光的波動性D．個別光子的運動顯示光的粒子性，光只有波動性沒有粒子性答案

AC解析光的波動性是統(tǒng)計規(guī)律的結(jié)果，對個別光子我們無法判斷它落到哪個位置；對于大量光子遵循統(tǒng)計規(guī)律即對大量光子的運動或曝光時間足夠長，顯示出光的波動性．例3在單縫衍射實驗中，中央亮紋的光強占從單縫射入的整個光強的95%以上，假設現(xiàn)在只讓一個光子通過單縫，那么該光子(

)A．一定落在中央亮紋處B．一定落在亮紋處C．可能落在暗紋處D．落在中央亮紋處的可能性最大答案

CD返回解析根據(jù)光波是概率波的概念，對于一個光子通過單縫落在何處，是不確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處．當然也可能落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，不過，落在暗紋處的概率很小，故C、D選項正確．課堂要點小結(jié)返回自我檢測區(qū)12341．下列實驗中，能證實光具有粒子性的是(

)A．光電效應實驗 B．光的雙縫干涉實驗C．光的圓孔衍射實驗 D．泊松亮斑實驗1234解析光的雙縫干涉、圓孔衍射、泊松亮斑實驗都說明光具有波動性．A2．在下列現(xiàn)象中說明光具有波動性的是(

)A．光的直線傳播 B．光的衍射C．光的干涉 D．光電效應1234BC3．在雙縫干涉實驗中，若在光屏處放上照相底片，并使光子流減弱到使光子只能一個一個地通過狹縫，實驗結(jié)果表明，如果曝光時間不太長，底片上出現(xiàn)__________；如果曝光時間足夠長，底片上出現(xiàn)__________．1234解析在雙縫干涉實驗中，如果能使光子一個一個地通過狹縫，則曝光時間短時，底片上只出現(xiàn)一些不規(guī)則分布的點，不形成干涉特有的明暗相間的條紋，表現(xiàn)出光的粒子性．點的分布看似不規(guī)則，但點在底片上各處出現(xiàn)的概率卻遵從雙縫干涉實驗中光強分布的規(guī)律，若曝光時間足夠長，底片上就出現(xiàn)如同強光短時間曝光一樣規(guī)則的干涉條紋．在干涉條紋中光波強度大的地方，也就是光子到達機會多的地方，所以，從這種意義上，可以把顯示波動性的光看做表明光子運動規(guī)律的一種概率波．答案

不規(guī)則分布的點干涉圖樣12344．下列有關光的波粒二象性的說法中，正確的是(

)A．有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣的一種粒子C．光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著D．大量光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性12341234解析一切光都具有波粒二象性，光的有些行為(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動性，光的有些行為(如光電效應)表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說有的光是波，有的光是粒子，故A選項錯誤．雖然光子與電子都是微觀粒子，都具有波粒二象性，但電子是實物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實物粒子，沒有靜止質(zhì)量，電子是以實物形式存在的物質(zhì)，光子是以場形式存在的物質(zhì)，所以，不能說光子與電子是同樣的一種粒子，故B選項錯誤．1234光的波粒二象性的理論和實驗表明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性，故D選項錯誤．光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著；光的波長越短，其光子能量越大，個別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應，所以其粒子性就很顯著．故選項C正確，A、B、D錯誤．答案

C第二單元配合物的形成和應用課程標準導航1.了解人類對配合物結(jié)構(gòu)認識的歷史。2.知道簡單配合物的基本組成和形成條件。3.掌握配合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關系。4.認識配合物在生產(chǎn)生活和科學研究方面的廣泛應用。新知初探自學導引自主學習(2)配位鍵：共用電子對由一個原子單方向提供而跟另一個原子共用的共價鍵叫配位鍵。配位鍵可用A→B形式表示，A是_________________的原子，叫做電子對給予體，B是____________________的原子叫接受體。(3)形成配位鍵的條件提供孤電子對接受孤電子對①有能夠提供_______________的原子，如______________等。②另一原子具有能夠接受__________的空軌道，如___________________________等。孤電子對N、O、F孤電子對Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋想一想1.在水溶液中，Cu2＋與氨分子是如何結(jié)合成［Cu(NH3)4］2＋的呢？2.配位化合物(1)寫出向CuSO4溶液中滴加氨水，得到深藍色溶液整個過程的反應離子方程式。____________________________________;___________________________________________________________________________.Cu(OH)2+4NH3·H2O===［Cu(NH3)4］2++2OH-+4H2O(2)［Cu(NH3)4］SO4的名稱為_______________________,它的外界為__________，內(nèi)界為________________，中心原子為______，配位體為_______分子，配位數(shù)為_______。(3)配合物的同分異構(gòu)體：含有兩種或兩種以上配位體的配合物，若配位體在____________________不同，就能形成不同幾何構(gòu)型的配合物，如Pt(NH3)2Cl2存在______和______兩種異構(gòu)體。硫酸四氨合銅［Cu(NH3)4］2＋Cu2+NH34空間的排列方式順式反式想一想2.順式Pt(NH3)2Cl2和反式Pt(NH3)2Cl2的化學式相同，它們的性質(zhì)也相似嗎？提示：不同，由于結(jié)構(gòu)不同，所以其化學性質(zhì)不相同。二、配合物的應用1.在實驗研究中，人們常用形成配合物的方法來檢驗__________、分離物質(zhì)、定量測定物質(zhì)的組成。(1)向AgNO3溶液中逐滴加入氨水的現(xiàn)象為:_________________________________。產(chǎn)生的配合物是____________________。金屬離子先生成沉淀，然后沉淀再溶解［Ag(NH3)2］OH(2)向FeCl3溶液中滴入KSCN溶液的現(xiàn)象：____________________________。產(chǎn)生的配合物是______________。2.在生產(chǎn)中，配合物被廣泛用于________、______、___________、___________領域。3.生命體中的許多金屬元素都以配合物形式存在。4.配合物在醫(yī)療方面應用也很廣泛。5.模擬生物固氮也與配合物有關。有血紅色溶液出現(xiàn)Fe(SCN)3染色電鍍硬水軟化金屬冶煉自主體驗1.配合物［Zn(NH3)4］Cl2的中心原子的配位數(shù)是()A.2 B.3C.4 D.5解析：選C。配合物［Zn(NH3)4］Cl2的中心原子是Zn2＋，配位體是NH3，配位數(shù)是4。2.下列不能形成配位鍵的組合是()A.Ag＋、NH3 B.H2O、H＋C.Co3＋、CO D.Ag＋、H+解析：選D。配位鍵的形成條件必須是一方能提供孤電子對，另一方能提供空軌道，A、B、C三項中，Ag＋、H＋、Co3＋能提供空軌道，NH3、H2O、CO能提供孤電子對,所以能形成配位鍵，而D項Ag＋與H＋都只能提供空軌道，而無法提供孤電子對,所以不能形成配位鍵。3.下列不屬于配離子的是()A.［Ag(NH3)2］＋ B.［Cu(CN)4］2－C.［Fe(SCN)6］3－ D.MnO－4解析：選D。MnO－4無配位原子。4.向下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液,不能生成AgCl沉淀的是()A.［Co(NH3)4Cl2］Cl B.［Co(NH3)3Cl3］C.［Co(NH3)6］Cl3 D.［Co(NH3)5Cl］Cl2解析：選B。在配合物中，內(nèi)界以配位鍵結(jié)合很牢固，難以在溶液中電離；內(nèi)界和外界之間以離子鍵相結(jié)合，在溶液中能夠完全電離。不難看出A、C、D三項中配合物在水中均電離產(chǎn)生Cl-，而B項無外界離子，不能電離。要點突破講練互動探究導引1指出配合物[Pt(NH3)4Cl2]Cl2的配離子、中心離子、配位體、配位數(shù)及配位原子。提示：配離子指配合物的內(nèi)界，中心原子指提供空軌道的原子或離子，要點一配合物的組成和結(jié)構(gòu)配位體指提供孤電子對的分子或離子，配位數(shù)是配位體的總個數(shù)，配位原子指配位體中提供孤電子對的原子。配合物[Pt(NH3)4Cl2]Cl2的配離子為[Pt(NH3)4Cl2]2＋,中心原子是Pt4＋，配位體是NH3、Cl－，配位數(shù)為6，配位原子為N和Cl。探究導引2配離子[Ag(NH3)2]＋是如何形成的？提示：配離子[Ag(NH3)2]＋是由Ag＋和NH3分子反應生成的，由于Ag＋空的5s軌道和5p軌道形成sp雜化軌道，接受2個NH3分子提供的孤電子對，形成直線形的[Ag(NH3)2]＋，該過程圖示如下。

要點歸納1.配合物的組成內(nèi)界：中心體(原子或離子)與配位體，以配位鍵成鍵。外界：與內(nèi)界電荷平衡的相反離子。有些配合物不存在外界，如[PtCl2(NH3)2]、[CoCl3(NH3)3]等。另外，有些配合物是由中心原子與配位體構(gòu)成，如[Ni(CO)4]、[Fe(CO)5]等。2.配合物的結(jié)構(gòu)配位數(shù)雜化軌道類型空間構(gòu)型結(jié)構(gòu)示意圖實例2sp直線形[Ag(NH3)2]＋[Cu(NH3)2]＋配位數(shù)雜化軌道類型空間構(gòu)型結(jié)構(gòu)示意圖實例4sp3正四面體形[Zn(NH3)4]2＋[ZnCl4]2－dsp2(sp2d)平面正方形[Ni(CN)4]2－[Cu(NH3)4]2＋6sp3d2(d2sp3)正八面體[AlF6]3－[Co(NH3)6]3＋即時應用1.化學家維多克·格利雅因發(fā)明了格氏試劑(RMgX)而榮獲諾貝爾化學獎。RMgX是金屬鎂和鹵代烴反應的產(chǎn)物，它在醚的稀溶液中以單體形式存在，并與二分子醚絡合，在濃溶液中以二聚體存在，結(jié)構(gòu)如下圖：上述2種結(jié)構(gòu)中均存在配位鍵，把你認為是配位鍵的用“→”在結(jié)構(gòu)圖中標出。解析:配位鍵是由孤電子對與空軌道形成的,Mg最外層有兩個電子，可以與R、X形成離子鍵，而O原子中存在孤電子對，所以兩個O(C2H5)2可以與Mg形成配位鍵。在二聚體中，同理，一個Mg與R、X相連，則另外一個X和O(C2H5)2，則與Mg形成配位鍵。答案：要點二配合物的性質(zhì)探究導引現(xiàn)有兩種配合物晶體[Co(NH3)6]Cl3和[Co(NH3)5Cl]Cl2，一種為橙黃色，另一種為紫紅色。請設計實驗方案將這兩種配合物區(qū)別開來。提示：在[Co(NH3)6]Cl3中Co3＋與6個NH3分子配合成[Co(NH3)6]3＋，3個Cl－都是外界離子。而[Co(NH3)5Cl]Cl2中Co3＋與5個NH3分子和1個Cl－配合成[Co(NH3)5Cl]2＋,只有兩個Cl－是外界離子。由于配合物中內(nèi)界以配位鍵結(jié)合很牢固，難以在溶液中電離，而內(nèi)界和外界之間以離子鍵結(jié)合，在溶液中能夠完全電離。不難看出，相同質(zhì)量的兩種晶體在溶液中能夠電離出的Cl－數(shù)是不同的，我們可以利用這一點進行鑒別。要點歸納1.配合物的顏色：當簡單離子形成配合物時,其性質(zhì)往往有很大的差異，顏色發(fā)生改變就是一種常見的現(xiàn)象，多數(shù)配離子都有顏色，如[Fe(SCN)6]3－為血紅色、[Cu(NH3)4]2＋為深藍色、[Cu(H2O)4]2＋為藍色、[CuCl4]2－為黃色、[Fe(C6H6O)6]3－為紫色等等。我們根據(jù)顏色的變化就可以判斷配離子是否生成，如Fe3＋離子與SCN－離子在溶液中可生成配位數(shù)為1～6的硫氰合鐵(Ⅲ)配離子，這種配離子的顏色是血紅色的，反應如下：Fe3＋＋nSCN－====[Fe(SCN)n]3－n，實驗室通常用這一方法檢驗鐵離子的存在。2.配合物的溶解性:有的配合物易溶于水，如[Ag(NH3)2]OH、[Cu(NH3)4]SO4、Fe(SCN)3等。利用配合物的這一性質(zhì)，可將一些難溶于水的物質(zhì)如AgOH、AgCl、Cu(OH)2等溶解在氨水中形成配合物。如在照相底片的定影過程中，未曝光的AgBr常用硫代硫酸鈉(Na2S2O3)溶解，反應的化學方程式為：AgBr＋2Na2S2O3====Na3[Ag(S2O3)2]＋NaBr。金和鉑之所以能溶于王水中，也是與生成配合物的溶解性有關，反應式為：Au＋HNO3＋4HCl====H[AuCl4]＋NO↑＋2H2O，3Pt＋4HNO3＋18HCl====3H2[PtCl6]＋4NO↑＋8H2O。配合物的顏色和溶解性還與配合物的空間結(jié)構(gòu)有關，如順式[Pt(NH3)2Cl2]和反式[Pt(NH3)2Cl2]的溶解性和顏色等性質(zhì)有一定的差異，其中順式[Pt(NH3)2Cl2]為極性分子,根據(jù)相似相溶原理,它在水中的溶解度較大,具體情況見前面的表格。3.配合物的穩(wěn)定性：配合物具有一定的穩(wěn)定性，配合物中的配位鍵越強,配合物越穩(wěn)定.當作為中心原子的金屬離子相同時，配合物的穩(wěn)定性與配位體的性質(zhì)有關。例如，血紅素中的Fe2＋與CO分子形成的配位鍵比Fe2＋與O2分子形成的配位鍵強，因此血紅素中的Fe2＋與CO分子結(jié)合后，就很難再與O2分子結(jié)合，血紅素就失去了輸送氧氣的功能，從而導致人體CO中毒。即時應用2.配合物CrCl3·6H2O的中心原子Cr3＋的配位數(shù)為6，H2O和Cl－均可作配位體，H2O、Cl－和Cr3＋有三種不同的連接方式，形成三種物質(zhì)：一種呈紫羅蘭色、一種呈暗綠色、一種呈亮綠色。將它們配成相同物質(zhì)的量濃度溶液，各取相同體積的溶液，向其中分別加入過量的AgNO3溶液，完全反應后，所得沉淀的物質(zhì)的量之比為3∶2∶1。(1)請推斷出三種配合物的內(nèi)界，并簡單說明理由；(2)寫出三種配合物的電離方程式。解析：CrCl3·6H2O的中心原子Cr3＋的配位數(shù)為6，H2O和Cl－均可作配位體，則其化學式可表示為：[Cr(H2O)6－nCln]Cl3－n·nH2O，當其與AgNO3反應時，只有外界的氯離子可形成AgCl沉淀，再根據(jù)它們與AgNO3反應時生成AgCl沉淀的物質(zhì)的量之比為3∶2∶1，可知分別有3個氯離子、2個氯離子、1個氯離子在外界，進而可分別寫出各自的化學式，紫羅蘭色：[Cr(H2O)6]Cl3，暗綠色：[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O，亮綠色：[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O，再分別寫出其內(nèi)界.答案:(1)紫羅蘭色：[Cr(H2O)6]3＋,暗綠色：[Cr(H2O)5Cl]2＋，亮綠色：[Cr(H2O)4Cl2]＋.根據(jù)它們與AgNO3反應時生成沉淀的物質(zhì)的量之比為3∶2∶1，可知分別有3個氯離子、2