新教材同步系列2024春高中物理第四章波粒二象性第三節(jié)光的波粒二象性第四節(jié)德布羅意波第五節(jié)不確定性關(guān)系課件粵教版選擇性必修第三冊

第四章波粒二象性第三節(jié)光的波粒二象性第四節(jié)德布羅意波第五節(jié)不確定性關(guān)系學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)法與考法1．知道對(duì)光的本性研究的發(fā)展歷史2．了解光的波粒二象性及其對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系(難點(diǎn))3．理解德布羅意波，會(huì)解釋相關(guān)現(xiàn)象(重難點(diǎn))4．知道不確定性關(guān)系的具體含義(重難點(diǎn))學(xué)法：①通過對(duì)實(shí)物粒子具有波動(dòng)性的學(xué)習(xí)，了解微觀世界的量子化特征，體會(huì)量子力學(xué)的建立對(duì)人們認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的影響．②了解波粒二象性的物理思想，量子力學(xué)的建立過程，體會(huì)人們對(duì)物質(zhì)本性認(rèn)識(shí)的不斷發(fā)展．③通過了解電子衍射實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解創(chuàng)造條件來進(jìn)行有關(guān)物理實(shí)驗(yàn)的方法．④通過不確定性關(guān)系的學(xué)習(xí)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到微觀世界里位置和動(dòng)量不可同時(shí)確定考法：①考查光的波動(dòng)性和粒子性特點(diǎn)．②考查對(duì)德布羅意波的理解．③考查不確定性關(guān)系的理解和計(jì)算知識(shí)導(dǎo)圖課前·

自主預(yù)習(xí)1．惠更斯的波動(dòng)說認(rèn)為光是一種__________，是一種純機(jī)械運(yùn)動(dòng)的形式，沒有物質(zhì)性，因此不能解釋光在真空中的傳播．2．牛頓主張的微粒說，認(rèn)為光是一種“彈性粒子流”，是一種__________，沒有________．3．麥克斯韋的光的電磁說認(rèn)為光是一種__________，是物質(zhì)的一種特殊形態(tài)，從而揭示了光的電磁本質(zhì)．光的本性之爭機(jī)械波實(shí)物粒子波動(dòng)性電磁波1．光的波粒二象性的本質(zhì)(1)光的________和________實(shí)驗(yàn)表明，光是一種電磁波，具有波動(dòng)性．(2)________________和______________則表明，光在與物體相互作用時(shí)，是以一個(gè)個(gè)________的形式出現(xiàn)的，具有粒子性．(3)光既有__________，又有__________，單獨(dú)使用波或粒子的解釋都無法完整地描述光所有的________，這種性質(zhì)稱為光的波粒二象性．光的波粒二象性干涉衍射光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)光子粒子性波動(dòng)性性質(zhì)2．概率波在光的干涉實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)光子按照一定的概率落在感光片的某一點(diǎn)上．概率大的地方落下的________，形成________；概率小的地方落下的________，形成____________.所以，干涉條紋是光子落在感光片上各點(diǎn)的________分布的反映．這種________分布就好像波干涉時(shí)強(qiáng)度的分布．從這個(gè)意義上講，有人把對(duì)光的描述說成是概率波．光子多亮紋光子少暗紋概率概率哪些現(xiàn)象說明了光的粒子性？哪些現(xiàn)象說明了光的波動(dòng)性？【答案】光電效應(yīng)現(xiàn)象說明了光的粒子性．干涉、衍射現(xiàn)象說明了光的波動(dòng)性．微思考1．德布羅意波每一個(gè)_______的粒子都與一個(gè)對(duì)應(yīng)的波相聯(lián)系，這種與_________相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫________．2．物質(zhì)波的波長、頻率關(guān)系式物質(zhì)波波長、頻率的計(jì)算公式為λ＝______，ν＝______．德布羅意波假說運(yùn)動(dòng)實(shí)物粒子物質(zhì)波一切宏觀物體都伴隨物質(zhì)波嗎？湖面上的水波是物質(zhì)波嗎？【答案】宏觀物體的波動(dòng)性不明顯．湖面上的水波是機(jī)械波．微思考(多選)以下說法正確的是 (

)A．宏觀粒子也具有波動(dòng)性B．抖動(dòng)細(xì)繩一端，繩上的波就是物質(zhì)波C．物質(zhì)波也是一種概率波D．物質(zhì)波就是光波【答案】AC【解析】任何物體都具有波動(dòng)性，故A正確．對(duì)宏觀物體而言，其波動(dòng)性難以觀測，我們所看到的繩波是機(jī)械波，不是物質(zhì)波，故B錯(cuò)誤．物質(zhì)波與光波一樣，也是一種概率波，即粒子在各點(diǎn)出現(xiàn)的概率遵循波動(dòng)規(guī)律，但物質(zhì)波不是光波，故C正確，D錯(cuò)誤．1．實(shí)驗(yàn)探究思路________、衍射是波特有的現(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)生干涉或衍射現(xiàn)象．2．實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了__________衍射實(shí)驗(yàn)，得到了_______的衍射圖樣，證實(shí)了電子的________．電子衍射干涉電子束電子波動(dòng)性波動(dòng)性動(dòng)量很小什么現(xiàn)象可以說明實(shí)物粒子具有波動(dòng)性？【答案】電子的衍射圖樣．微思考在歷史上，最早證明了德布羅意波存在的實(shí)驗(yàn)是 (

)A．弱光衍射實(shí)驗(yàn)B．電子束在晶體上的衍射實(shí)驗(yàn)C．弱光干涉實(shí)驗(yàn)D．以上都不正確【答案】B【解析】由課本知識(shí)可知，最早證明德布羅意波假說的是電子束在晶體上的衍射實(shí)驗(yàn)，B正確．1．定義在經(jīng)典物理學(xué)中，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位置和動(dòng)量是可以同時(shí)測定的；在微觀物理學(xué)中，要同時(shí)測出微觀粒子的位置和動(dòng)量是不太可能的，這種關(guān)系叫___________關(guān)系．不確定性關(guān)系不確定性2．表達(dá)式3．物理模型與物理現(xiàn)象在經(jīng)典物理學(xué)中，對(duì)于宏觀對(duì)象，我們分別建立________模型和______模型；在微觀世界里，也需要建立物理模型，像粒子的______________模型．ΔxΔp粒子波動(dòng)波粒二象性分析微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，能不能用軌跡來描述？【答案】在微觀物理學(xué)中不可以用軌跡來描述粒子的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槲镔|(zhì)波是一種概率波，沒有確定的位置．微思考(多選)在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，從微觀粒子運(yùn)動(dòng)的不確定性關(guān)系可知 (

)A．不可能準(zhǔn)確地知道單個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)情況B．縫越窄，粒子位置的不確定性越大C．縫越寬，粒子位置的不確定性越大D．縫越寬，粒子動(dòng)量的不確定性越大【答案】AC課堂·

重難探究1．光的粒子性的含義(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、波長短的光，粒子性特征顯著．對(duì)光的波粒二象性的理解2．光的波動(dòng)性的含義(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、波長長的光，波動(dòng)性特征顯著．3．光的波粒二象性(1)光的粒子性并不否定光的波動(dòng)性，光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，波動(dòng)性、粒子性都是光的本質(zhì)屬性，只是在不同條件下的表現(xiàn)不同．(2)只有從波粒二象性的角度，才能統(tǒng)一說明光的各種行為．對(duì)光的波粒二象性的理解例1

(多選)下面關(guān)于光的波粒二象性的說法中，正確的是

(

)A．光電效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有波粒二象性B．頻率越大的光其粒子性越顯著，頻率越小的光其波動(dòng)性越顯著C．光在傳播時(shí)往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，光在跟物質(zhì)相互作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性D．光不可能同時(shí)既具有波動(dòng)性，又具有粒子性【答案】BC【解析】光電效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有粒子性，A錯(cuò)誤；在光的波粒二象性中，頻率越大的光其粒子性越顯著，頻率越小的光其波動(dòng)性越顯著，B正確；光在傳播時(shí)往往表現(xiàn)出波動(dòng)性，光在跟物質(zhì)相互作用時(shí)往往表現(xiàn)出粒子性，C正確；光的波粒二象性是指光有時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性，有時(shí)表現(xiàn)為粒子性，二者是統(tǒng)一的，D錯(cuò)誤．變式1如圖所示，當(dāng)弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，同時(shí)與鋅板相連的驗(yàn)電器鋁箔有張角，則該實(shí)驗(yàn)

(

)A．只能證明光具有波動(dòng)性B．只能證明光具有粒子性C．只能證明光能夠發(fā)生衍射D．證明光具有波粒二象性【答案】D【解析】弧光燈發(fā)出的光經(jīng)一狹縫后，在鋅板上形成明暗相間的條紋，這是光的衍射，證明了光具有波動(dòng)性；驗(yàn)電器鋁箔有張角，說明鋅板發(fā)生了光電效應(yīng)，則證明了光具有粒子性，所以該實(shí)驗(yàn)證明了光具有波粒二象性．可見D正確，A、B、C錯(cuò)誤．1．光既有波動(dòng)性又有粒子性．2．當(dāng)光表現(xiàn)為波動(dòng)性時(shí)，只是光的波動(dòng)性顯著，粒子性不顯著而已．3．當(dāng)光表現(xiàn)為粒子性時(shí)，只是光的粒子性顯著，波動(dòng)性不顯著而已．1．對(duì)物質(zhì)波的理解(1)任何物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽都存在波動(dòng)性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動(dòng)性，是因?yàn)楹暧^物體對(duì)應(yīng)的波長太小的緣故．(2)粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受統(tǒng)計(jì)規(guī)律支配，不要以宏觀觀點(diǎn)中的波來理解德布羅意波．對(duì)物質(zhì)波的理解(3)德布羅意假說是光子的波粒二象性的一種推廣，使之包括了所有的物質(zhì)粒子，即光子與實(shí)物粒子都具有粒子性，又都具有波動(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)的波是物質(zhì)波．2．計(jì)算物質(zhì)波波長的方法(1)根據(jù)已知條件，寫出宏觀物體或微觀粒子動(dòng)量的表達(dá)式p＝mv.對(duì)物質(zhì)波的理解例2下列關(guān)于德布羅意波的認(rèn)識(shí)，正確的解釋是 (

)A．任何一個(gè)物體都有一種波和它對(duì)應(yīng)，這就是物質(zhì)波B．X光的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的C．電子的衍射證實(shí)了物質(zhì)波的假設(shè)是正確的D．宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象，所以宏觀物體不具有波動(dòng)性【答案】C【解析】運(yùn)動(dòng)的物體才具有波動(dòng)性，A錯(cuò)誤；宏觀物體由于動(dòng)量太大，德布羅意波長太小，所以看不到它的干涉、衍射現(xiàn)象，但仍具有波動(dòng)性，D錯(cuò)誤；X光是波長極短的電磁波，是光子，它的衍射不能證實(shí)物質(zhì)波的存在，B錯(cuò)誤．變式2

(2023年北京檢測)20世紀(jì)40年代，我國著名物理學(xué)家朱洪元先生提出，電子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出“同步輻射光”，輻射光的頻率是電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)每秒轉(zhuǎn)數(shù)的k倍．大量實(shí)驗(yàn)不但證實(shí)了這個(gè)理論是正確的，而且準(zhǔn)確測定了k值．近年來，同步輻射光已被應(yīng)用在大規(guī)模集成電路的光刻工藝中．若電子在某勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的同步輻射光的頻率為ν，電子質(zhì)量為m，電荷量為e，不計(jì)電子發(fā)出同步輻射光時(shí)所損失的能量以及對(duì)其運(yùn)動(dòng)速率和軌道的影響，則下列說法不正確的是 (

)A．若測出電子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R，可以求其運(yùn)動(dòng)的速率vB．可以求勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小C．同步輻射光一個(gè)光子的能量為hνD．電子比可見光的波動(dòng)性強(qiáng)，衍射更為明顯【答案】D對(duì)物質(zhì)波波長的計(jì)算例3影響顯微鏡分辨本領(lǐng)的一個(gè)因素是波的衍射，衍射越明顯，分辨本領(lǐng)越低，電子顯微鏡有較高的分辨本領(lǐng)．電子顯微鏡的最高分辨率高達(dá)0.2nm，如果有人制造出質(zhì)子顯微鏡，在加速到相同的速度情況下，質(zhì)子顯微鏡的最高分辨率將 (

)A．小于0.2nm B．大于0.2nmC．等于0.2nm D．無法確定【答案】A【答案】D宏觀物體波動(dòng)性的三點(diǎn)提醒1．一切運(yùn)動(dòng)的物體都具有波動(dòng)性，宏觀物體觀察不到其波動(dòng)性，但并不否定其波動(dòng)性．2．要注意大量光子、個(gè)別光子、宏觀物體、微觀粒子等相關(guān)概念的區(qū)別．3．在宏觀世界中，波與粒子是對(duì)立的概念；在微觀世界中，波與粒子可以統(tǒng)一．1．粒子位置的不確定性單縫衍射現(xiàn)象中，入射的粒子有確定的動(dòng)量，但它們可以處于擋板左側(cè)的任何位置，也就是說，粒子在擋板左側(cè)的位置是完全不確定的．2．粒子動(dòng)量的不確定性(1)微觀粒子具有波動(dòng)性，會(huì)發(fā)生衍射．大部分粒子到達(dá)狹縫之前沿水平方向運(yùn)動(dòng)，而在經(jīng)過狹縫之后，有些粒子跑到投影位置以外．這些粒子具有與其原來運(yùn)動(dòng)方向垂直的動(dòng)量．對(duì)不確定性關(guān)系的理解(2)由于粒子到達(dá)屏上的位置是完全隨機(jī)的，所以粒子在垂直方向上的動(dòng)量也具有不確定性，不確定量的大小可以由中央亮條紋的寬度來衡量．3．位置和動(dòng)量的不確定性關(guān)系5．經(jīng)典物理和微觀物理的區(qū)別(1)在經(jīng)典物理學(xué)中，可以同時(shí)用位置和動(dòng)量精確地描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，如果知道質(zhì)點(diǎn)的加速度，還可以預(yù)言質(zhì)點(diǎn)在以后任意時(shí)刻的位置和動(dòng)量，從而描繪它的運(yùn)動(dòng)軌跡．(2)在微觀物理學(xué)中，不可能同時(shí)準(zhǔn)確地知道粒子的位置和動(dòng)量．因而也就不可能用“軌跡”來描述粒子的運(yùn)動(dòng)．但是，我們可以準(zhǔn)確地知道大量粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律．A．微觀粒子的動(dòng)量不可能確定B．微觀粒子的坐標(biāo)不可能確定C．微觀粒子的動(dòng)量和坐標(biāo)不可能同時(shí)確定D．不確定性關(guān)系僅適用于電子和光子等微觀粒子，不適用于其他宏觀物體【答案】C對(duì)不確定性關(guān)系的兩點(diǎn)提醒小練·

隨堂鞏固1．(多選)下列關(guān)于實(shí)物粒子的說法中正確的是 (

)A．向前飛行的子彈不具有波動(dòng)性B．射擊運(yùn)動(dòng)員之所以很難射中靶子，是因?yàn)樽訌椌哂胁▌?dòng)性C．子彈既具有粒子性，又具有波動(dòng)性D．子彈具有波動(dòng)性，但波長很短表現(xiàn)不出來【答案】CD【解析】運(yùn)動(dòng)的實(shí)物粒子具有波粒二象性，對(duì)子彈來說，其德布羅意波長很短，很難表現(xiàn)出波動(dòng)性，子彈的波動(dòng)性對(duì)射擊的準(zhǔn)確性沒有任何影響，故C、D正確，A、B錯(cuò)誤．2．如果一個(gè)電子的德布羅意波長和一個(gè)中子的相等，則下列與此相關(guān)的物理量也相等的是 (

)A．速度 B．動(dòng)能C．動(dòng)量 D．總能量【答案】C3．(多選)用極微弱的可見光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，隨著時(shí)間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖甲、乙、丙所示的圖像，則下列說法正確的是

(

)A．圖像甲表明光具有粒子性B．圖像丙表明光具有波動(dòng)性C．實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波D．實(shí)驗(yàn)表明光是一種電磁波【答案】ABC【解析】用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)得到的圖片上的一個(gè)一個(gè)無分布規(guī)律的光點(diǎn)，體現(xiàn)了光的粒子性，故A正確；經(jīng)過較長時(shí)間曝光的圖片丙，出現(xiàn)了明暗相間的條紋，波動(dòng)性較為明顯，本實(shí)驗(yàn)表明光是一種概率波，但不能表明光是一種電磁波，故B、C正確，D錯(cuò)誤．4．(多選)對(duì)于光的波粒二象性的理解正確的是 (

)A