高中物理第十七章波粒二象性第三節(jié)粒子的波動(dòng)性課件新人教版選修3-

第十七章波粒二象性第三節(jié)粒子的波動(dòng)性【素養(yǎng)目標(biāo)定位】※理解光的波粒二象性※了解粒子的波動(dòng)性※理解物質(zhì)波的概念，知道物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證【素養(yǎng)思維脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋

光的波粒二象性1．光的本性(1)19世紀(jì)初托馬斯·楊、菲涅耳、馬呂斯等分別觀察到了光的________、________和偏振現(xiàn)象。(2)19世紀(jì)60年代和80年代，麥克斯韋和赫茲先后從理論上和實(shí)驗(yàn)上確認(rèn)了光的__________本質(zhì)。(3)光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)揭示了光的__________。知識(shí)點(diǎn)1干涉衍射電磁波粒子性波動(dòng)性衍射粒子性光電效應(yīng)粒子性波動(dòng)性波粒二象性2．光子的能量和動(dòng)量(1)能量：ε＝________；(2)動(dòng)量：p＝______。3．意義能量ε和動(dòng)量p是描述物質(zhì)的________性的重要物理量；波長(zhǎng)λ和頻率ν是描述物質(zhì)的________性的典型物理量。因此ε＝________和p＝______揭示了光的粒子性和波動(dòng)性之間的密切關(guān)系。hν

粒子波動(dòng)hν

粒子的波動(dòng)性1．德布羅意波任何一種實(shí)物粒子都和一個(gè)波相聯(lián)系，這種波被稱為德布羅意波，也叫________波。2．物質(zhì)波的波長(zhǎng)和頻率波長(zhǎng)公式λ＝______，頻率公式ν＝______。物質(zhì)知識(shí)點(diǎn)23．物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(1)實(shí)驗(yàn)探究思路干涉、衍射是______特有的現(xiàn)象，如果實(shí)物粒子具有波動(dòng)性，則在一定條件下，也應(yīng)該發(fā)生________或________現(xiàn)象。(2)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證波1927年戴維孫和G.P.湯姆孫分別利用晶體做了______________的實(shí)驗(yàn)，得到了類似如圖的________圖樣，從而證實(shí)了電子的波動(dòng)性。他們因此獲得了1937年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。干涉衍射電子束衍射衍射『判一判』(1)光的干涉、洐射、偏振現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性。 (

)(2)光子數(shù)量越大，其粒子性越明顯。 (

)(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏觀觀念的粒子。 (

)(4)一切宏觀物體都具有波動(dòng)性，即物質(zhì)波。 (

)(5)湖面上的水波就是物質(zhì)波。 (

)(6)電子的衍射現(xiàn)象證實(shí)了實(shí)物粒子具有波動(dòng)性。 (

)√

×

√

√

×

√

思考辨析『選一選』(多選)(2020·黑龍江省哈爾濱六中高二下學(xué)期期中)波粒二象性是微觀世界的基本特征，下列說法正確的是 (

)A．光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)揭示了光的粒子性B．電子束的晶體衍射實(shí)驗(yàn)表明實(shí)物粒子具有波動(dòng)性C．動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子的德布羅意波長(zhǎng)相等D．低頻電磁波的粒子性顯著而高頻電磁波的波動(dòng)性顯著AB

『想一想』2018年6月30日，中國(guó)運(yùn)動(dòng)員蘇炳添在2018鉆石聯(lián)賽巴黎站比賽中，以9.91s的成績(jī)?cè)俅巫菲搅四凶?00m亞洲記錄。設(shè)蘇炳添的質(zhì)量約為75kg，請(qǐng)計(jì)算他在100m比賽時(shí)的德布羅意波長(zhǎng)，并說明其波動(dòng)性是否明顯。答案：8.76×10－37m，波動(dòng)性很不明顯課內(nèi)互動(dòng)探究對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)曾有一位記者向物理學(xué)家諾貝爾獎(jiǎng)獲得者布拉格請(qǐng)教：光是波還是粒子？布拉格幽默地答道：“星期一、三、五它是一個(gè)波，星期二、四、六它是一個(gè)粒子，星期天物理學(xué)家休息。”那么光的本性到底是什么呢？你是如何理解的？探究一

思考討論1提示：光具有波粒二象性。光既不同于宏觀觀念的粒子，也不同于宏觀觀念的波，但光既具有粒子性又具有波動(dòng)性，粒子性和波動(dòng)性都是光本身的屬性。1．光學(xué)發(fā)展史歸納總結(jié)學(xué)說名稱微粒說波動(dòng)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(rèn)實(shí)驗(yàn)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，光速等于電磁波速光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)光既有波動(dòng)現(xiàn)象，又有粒子特征內(nèi)容要點(diǎn)光是一群彈性粒子光是一種機(jī)械波光是一種電磁波光是由一份一份光子組成的光是具有電磁本性的物質(zhì)，既有波動(dòng)性又有粒子性年代17世紀(jì)17世紀(jì)19世紀(jì)中20世紀(jì)初20世紀(jì)初2．對(duì)光的波粒二象性的理解光的波動(dòng)性光的粒子性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)干涉、衍射光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)含義光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，它不同于宏觀的波，它是一種概率波，即光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小(概率)可用波動(dòng)規(guī)律描述：(1)足夠能量的光(大量光子)在傳播時(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì)。(2)頻率低，波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，波動(dòng)性特征顯著。粒子的含義是“不連續(xù)”“一份一份”的，光的粒子即光子，不同于宏觀概念的粒子，但也具有動(dòng)量和能量。(1)當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)。(2)少量或個(gè)別光子易顯示出光的粒子性。(3)頻率高，波長(zhǎng)短的光，粒子性特征顯著。二象性(1)光子說并沒有否定波動(dòng)性，E＝hν中，ν表示光的頻率，表示了波的特征。光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，波動(dòng)性和粒子性都是光的本身屬性，只是在不同條件下的表現(xiàn)不同。(2)只有用波粒二象性，才能統(tǒng)一說明光的各種行為。

下列有關(guān)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(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)越短，其粒子性越顯著D．大量光子的行為往往顯示出粒子性解題指導(dǎo)：在宏觀現(xiàn)象中，波與粒子是對(duì)立的概念，而在微觀世界中，波與粒子可以統(tǒng)一。光具有波粒二象性是指光在傳播過程中和同其他物質(zhì)作用時(shí)分別表現(xiàn)出波和粒子的特性。C

典例1典例剖析解析：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(dòng)性，光的有些行為(如光電效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說有的光是波，有的光是粒子。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(shí)物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實(shí)物粒子，沒有靜止質(zhì)量，電子是以實(shí)物形式存在的物質(zhì)，光子是以場(chǎng)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。光的波粒二象性的理論和實(shí)驗(yàn)表明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性。光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射性越好，即波動(dòng)性越顯著，光的波長(zhǎng)越短，其光子能量越大，個(gè)別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應(yīng)，所以其粒子性就很顯著，故選項(xiàng)C正確，A、B、D錯(cuò)誤。1．人類對(duì)光的本性認(rèn)識(shí)的過程中先后進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，如圖所示的四個(gè)示意圖所表示的實(shí)驗(yàn)說明光具有波動(dòng)性的是__________，說明光具有粒子性的是______。ABD

對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練C

解析：C為光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，證明了光的粒子性；其余的三個(gè)實(shí)驗(yàn)均證明了光的波動(dòng)性。對(duì)物質(zhì)波的理解德布羅意認(rèn)為任何運(yùn)動(dòng)著的物體均有波動(dòng)性，可是我們觀察運(yùn)動(dòng)著的汽車，并未感覺到它的波動(dòng)性。你如何理解該問題，談?wù)勛约旱恼J(rèn)識(shí)。探究二

思考討論2提示：波粒二象性是微觀粒子的特殊規(guī)律，一切微觀粒子都存在波動(dòng)性，宏觀物體(汽車)也存在波動(dòng)性，只是因?yàn)楹暧^物體質(zhì)量大，動(dòng)量大，波長(zhǎng)短，難以觀測(cè)，而微觀粒子如電子、質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動(dòng)性為宏觀物體具有波動(dòng)性奠定了事實(shí)基礎(chǔ)。歸納總結(jié)2．對(duì)德布羅意物質(zhì)波的理解(1)任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)都具有波動(dòng)性。由于宏觀物體的波長(zhǎng)太小，其波動(dòng)性不易觀察到。(2)物質(zhì)波是一種概率波，粒子在空間各處出現(xiàn)的概率服從波動(dòng)規(guī)律。不要以宏觀觀點(diǎn)中的波來理解德布羅意波。(3)德布羅意假說是光的波粒二象性的推動(dòng)，實(shí)物粒子和光子都既具有粒子性，又具有波動(dòng)性。與光子對(duì)應(yīng)的波是電磁波，與實(shí)物粒子對(duì)應(yīng)的是物質(zhì)波。

質(zhì)量為10g，速度為300m/s在空中飛行的子彈，其德布羅意波波長(zhǎng)是多少？為什么我們無法觀察出其波動(dòng)性？如果能夠用特殊的方法觀察子彈的波動(dòng)性，我們是否能看到子彈上下或左右顫動(dòng)著前進(jìn)，在空間中描繪出正弦曲線或其他周期性曲線？為什么？典例2典例剖析解題指導(dǎo)：認(rèn)為運(yùn)動(dòng)物體將做曲線運(yùn)動(dòng)是容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤，以宏觀觀念的波來理解德布羅意波是錯(cuò)誤的根源，德布羅意波是一種概率波，在一般情況下不能用確定的坐標(biāo)描述粒子的位置，無法用軌跡描述粒子的運(yùn)動(dòng)，但是粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受波動(dòng)規(guī)律支配，不是粒子將做曲線運(yùn)動(dòng)，不能將物質(zhì)波與宏觀意義上的機(jī)械波相混淆，物質(zhì)波的實(shí)質(zhì)是指粒子在空間的分布的概率是受波動(dòng)規(guī)律支配的，它與機(jī)械波有著本質(zhì)的區(qū)別，更不能將粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡與波動(dòng)性聯(lián)系在一起。2．下列說法中正確的是 (

)A．物質(zhì)波屬于機(jī)械波B．只有像電子、質(zhì)子、中子這樣的微觀粒子才具有波動(dòng)性C．德布羅意認(rèn)為，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)，都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這種波叫物質(zhì)波D．宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)不具有波動(dòng)性解析：物質(zhì)波是一切運(yùn)動(dòng)著的物體所具有的波，與機(jī)械波性質(zhì)不同，宏觀物體也具有波動(dòng)性，只是干涉、衍射現(xiàn)象不明顯而已，故只有C對(duì)。C

對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練核心素養(yǎng)提升

一位戰(zhàn)士在實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練時(shí)子彈脫靶，在分析脫靶的原因時(shí)，突然想起德布羅意波長(zhǎng)公式后