物理成才之路选修3——5 17-3.ppt

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1、第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理理解光的波粒二象理解光的波粒二象性性了解粒子的波了解粒子的波动动性性理解物理解物质质波的概念，波的概念，知道物知道物质质波的波的实验实验验证验证第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理如如图图所所示示是是一一台台电电子子显显微微镜镜，竖竖直直圆圆筒筒的的上上、下下两两端端分分别别装装着着负负极极和和正正极极，电电压压可可高高达达1106V.它它的的分分辨辨本本领领很很高，可以看清大小高，可以看清大

2、小为为0.2nm的物体的物体你知道你知道电电子子显显微微镜镜的分辨本的分辨本领领与哪些因素有关与哪些因素有关吗吗？第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理1光光子子的的能能量量和和动动量量：光光子子的的能能量量和和动动量量p可可分分别别表表示示为为：，p .能能量量和和动动量量p是是描描述述物物质质粒粒子子性性的重要物理量，的重要物理量，和和 是是描描述述物物质质波波动动性性的的重重要要物物理理量，量，架起了粒子性与波架起了粒子性与波动动性之性之间间的的桥桥梁梁21924年，法国巴黎大学的学生年，法国巴黎大学的学生在在博博士士学学位位论论

3、文中提出假文中提出假设设：实实物粒子也具有物粒子也具有性性，即即每每一个一个粒子都与一个粒子都与一个对应对应的的相相联联系系，粒粒子子的的能能量量与与动动量量p跟跟它它所所对对应应的的频频率率与与波波长长之之间间遵遵从从：，.这这种种与与实实物物粒粒子子相相联联系系的的波波叫叫 ，又叫，又叫波波h普朗克常量普朗克常量h德布罗意德布罗意波粒二象波粒二象运动的运动的波波德布罗意波德布罗意波物质物质第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理31927年戴年戴维孙维孙和和G.P.汤汤姆姆孙孙分分别别利用利用 做了做了电电子束衍射的子束衍射的实验实验，得到了，得到了电电子的衍射子的衍射图样图样，证

4、实证实了了电电子的子的性性晶体晶体波动波动第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理学学说说名称名称微粒微粒说说波波动说动说电电磁磁说说光子光子说说波粒二象性波粒二象性代表代表人物人物牛牛顿顿惠更斯惠更斯麦克斯麦克斯韦韦爱爱因斯因斯坦坦公公认认实验实验依据依据光的直光的直线线传传播、光播、光的反射的反射光的干涉、光的干涉、衍射衍射能在真空能在真空中中传传播，播，是横波，是横波，光速等于光速等于电电磁波速磁波速光光电电效效应应康普康普顿顿效效应应光既有波光既有波动现动现象，又有粒子象，又有粒子特征特征内容内容要点要点光是一群光是一群弹弹性粒子

5、性粒子光是一种光是一种机械波机械波光是一种光是一种电电磁波磁波光是由光是由一份一一份一份光子份光子组组成的成的光是具有光是具有电电磁磁本性的物本性的物质质，既有波既有波动动性又性又有粒子性有粒子性年代年代17世世纪纪17世世纪纪19世世纪纪中中20世世纪纪初初20世世纪纪初初第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理光光既既有有波波动动性性，又又有有粒粒子子性性，我我们们把把光光的的这这种种性性质质叫叫做光的波粒二象性做光的波粒二象性光光的的干干涉涉、衍衍射射、偏偏振振现现象象，证证明明光光具具有有波波动动性性光光电电效效应应、康康普普顿顿效效应应和和光光子子，说说明明光光具具有有粒粒子

6、子性性，无无法法用用某某一一性性质质解解释释所所有有现现象象，事事实实上上，光光子子既既有有粒粒子子的的特特征征，又有波的特征，既光具有波粒二象性又有波的特征，既光具有波粒二象性第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理在下列现象中说明光具有波动性的是在下列现象中说明光具有波动性的是()A光的直线传播光的直线传播 B光的衍射光的衍射C光的干涉光的干涉 D光电效应光电效应答案：答案：BC解析：解析：干涉和衍射是波的特性干涉和衍射是波的特性.第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理实实物粒子也具有波物粒子也具有波动动性，即每一个运性，即每一个运动动的粒子都与一的粒子都与一个个对应对应

7、的波相的波相联联系，而且粒子的能量系，而且粒子的能量和和动动量量p跟它所跟它所对应对应的波的的波的频频率率和波和波长长之之间间，也像光子跟光波一，也像光子跟光波一样样，遵从如，遵从如下关系下关系这这种与种与实实物粒子相物粒子相联联系的波称系的波称为为德布德布罗罗意波，也叫做意波，也叫做物物质质波波第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理特别提醒：特别提醒：我我们们平平时时所所看看到到的的宏宏观观物物体体，在在运运动动时时，我我们们观观察察不不到到它它们们的的波波动动性性，但但也也有有一一个个波波长长与与之之对对应应，例例如如：飞飞行行的的子子弹弹的的波波长长约约为为1034m，这这个个

8、波波长长实实在在是是太太小小了了，所所以以我们观察不到子弹的波动性我们观察不到子弹的波动性.第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理(1)验证验证物物质质波是否存在的思路波是否存在的思路人人们们知知道道，干干涉涉、衍衍射射是是波波动动性性质质的的特特有有表表现现如如果果实实物物粒粒子子具具有有波波动动性性的的话话，在在一一定定条条件件下下，也也应应该该发发生生衍衍射射现现象象，为为了了证证实实粒粒子子具具有有波波动动性性质质，我我们们先先估估计计一一下下实实物物粒粒子子波波长长的的数数量量级级，看看看看它它实实现现衍衍射射所所需需要要的的条条件件：对对质质量量为为1g、速度、速度为为1

9、cm/s的物体来的物体来说说，它的波，它的波长约为长约为第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理这这么么小小的的波波长长，比比宏宏观观物物体体的的尺尺度度小小很很多多，根根本本无无法法观观察察到到它它的的波波动动性性而而一一个个原原来来静静止止的的电电子子，在在经经过过100V电电压压加加速速后后，德德布布罗罗意意波波长长约约为为0.12nm，因因此此有有可可能能观观察察到到电电子的波子的波动动性性(2)物物质质波的波的实验验证实验验证1927年年戴戴维维孙孙和和G.P.汤汤姆姆孙孙分分别别利利用用晶晶体体做做了了电电子子束束衍衍射射的的实实验验，得得到到了了类类似似下下图图的的衍衍射

10、射图图样样，从从而而证证实实了了电电子的波子的波动动性他性他们为们为此此获获得了得了1973年的年的诺贝诺贝尔尔物理学物理学奖奖第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理中中 子子 的的 质质 量量 m 1.6710 27kg，如如 果果 它它 以以 v1.0103m/s的的速速度度运运动动，它它的的德德布布罗罗意意波波长长为为_，这这个波个波长长与与电电磁波中磁波中_波波长长相当相当答案：答案：3.971010m射射线线第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理 (2009启启东东高高

11、二二检检测测)下下列列有有关关光光的的波波粒粒二二象象性性的的说说法中，正确的是法中，正确的是()A有的光是波，有的光是粒子有的光是波，有的光是粒子B光子与光子与电电子是同子是同样样的一种粒子的一种粒子C光光的的波波长长越越长长，其其波波动动性性越越显显著著；波波长长越越短短，其其粒子性越粒子性越显显著著D大量光子的行大量光子的行为为往往往往显显示出粒子性示出粒子性第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理解解析析：一一切切光光都都具具有有波波粒粒二二象象性性，光光的的有有些些行行为为(如如干干涉涉、衍衍射射)表表现现出出波波动动性性，光光的的有有些些行行为为(如如光光电电效效应应)表表

12、现现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子虽虽然然光光子子与与电电子子都都是是微微观观粒粒子子，都都具具有有波波粒粒二二象象性性，但但电电子子是是实实物物粒粒子子，有有静静止止质质量量，光光子子不不是是实实物物粒粒子子，没没有有静静止止质质量量，电电子子是是以以实实物物形形式式存存在在的的物物质质，光光子子是是以以场场形形式式存存在在的的物物质质，所所以以，不不能能说说光光子子与与电电子子是是同同样样的的一一种种粒子粒子第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理光光的的波波粒粒二二象象性性的的理理论论和和实实验验表表明明，大大量量光光

13、子子的的行行为为表表现现出出波波动动性性，个个别别光光子子的的行行为为表表现现出出粒粒子子性性光光的的波波长长越越长长，衍衍射射性性越越好好，衍衍射射性性越越好好，即即波波动动性性越越显显著著，光光的的波波长长越越短短，其其光光子子能能量量越越大大，个个别别或或少少数数光光子子的的作作用用就就足足以以引引起起光光接接收收装装置置的的反反应应，所所以以其其粒粒子子性性就就很很显显著著，故故选选项项C正确，正确，A、B、D错误错误答案：答案：C第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理点评：点评：在宏观现象中，波与粒子是对立的概念，而在在宏观现象中，波与粒子是对立的概念，而在微观世界中，波与

14、粒子可以统一由于我们的经验局限于微观世界中，波与粒子可以统一由于我们的经验局限于宏观物体的运动，微观世界的某些属性与宏观世界不同，宏观物体的运动，微观世界的某些属性与宏观世界不同，我们从来没有过类似的经历，光既不是宏观观念的波，也我们从来没有过类似的经历，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其它物质作用时分别表现出波和粒子的特性程中和同其它物质作用时分别表现出波和粒子的特性第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理关于光的本性，下列关于光的本性，下列说说法中正确的是法中正确的是()A关关于于光

15、光的的本本性性，牛牛顿顿提提出出“微微粒粒说说”，惠惠更更斯斯提提出出“波波动说动说”，爱爱因斯坦提出因斯坦提出“光子光子说说”，它，它们们都都说说明了光的本性明了光的本性B光光具具有有波波粒粒二二象象性性是是指指：既既可可以以把把光光看看成成宏宏观观概概念上的波，也可以看成微念上的波，也可以看成微观观概念上的粒子概念上的粒子C光光的的干干涉涉、衍衍射射现现象象说说明明光光具具有有波波动动性性，光光电电效效应说应说明光具有粒子性明光具有粒子性D光光的的波波粒粒二二象象性性将将牛牛顿顿的的波波动动说说和和惠惠更更斯斯的的粒粒子子说说真正有机地真正有机地统统一起来一起来答案：答案：C第十七章第十七

16、章 波粒二象性波粒二象性人教版物理 一一质质量量为为450g的的足足球球以以10m/s的的速速度度在在空空中中飞飞行行；一一个个初初速速为为零零的的电电子子，通通过过电电压压为为100V的的加加速速电电场场，试试分分别计别计算它算它们们的德布的德布罗罗意波意波长长解析：解析：物体的动量物体的动量pmv，其德布罗意波长，其德布罗意波长第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理答案：答案：1.471034m,1.21010m点点评评：我我们们知知道道，为为了了观观察察到到可可见见光光的的明明显显的的单单缝缝衍衍射射图图样样，要要求求缝缝宽宽不不

17、能能比比光光的的波波长长大大得得太太多多，实实验验中中所所用用单单缝缝的的缝缝宽宽数数量量级级是是104m，若若要要探探测测到到足足球球的的波波动动性性，所所用用狭狭缝缝宽宽度度的的数数量量级级要要达达到到1033m，目目前前我我们们尚尚无无能能为为力力第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理下列下列说说法中正确的是法中正确的是()A物物质质波属于机械波波属于机械波B只只有有像像电电子子、质质子子、中中子子这这样样的的微微观观粒粒子子才才具具有有波波动动性性C德德布布罗罗意意认认为为，任任何何一一个个运运动动着着的的物物体体，小小到到电电子子、质质子子，大大到到行行星星、太太阳阳，都都

18、有有一一种种波波和和它它对对应应，这这种种波叫物波叫物质质波波D宏宏观观物物体体运运动动时时，看看不不到到它它的的衍衍射射或或干干涉涉现现象象，所以宏所以宏观观物体运物体运动时动时不具有波不具有波动动性性答案：答案：C第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理解析：解析：物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不同，宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射械波性质不同，宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显而已，故只有现象不明显而已，故只有C对对.第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理 质质量量为为10g，速度，速度为为300

19、m/s在空中在空中飞飞行的子行的子弹弹，其，其德布德布罗罗意波波意波波长长是多少？是多少？为为什么我什么我们们无法无法观观察出其波察出其波动动性性？如果能？如果能够够用特殊的方法用特殊的方法观观察子察子弹弹的波的波动动性，我性，我们们是否能是否能看到子看到子弹弹上下或左右上下或左右颤动颤动着前着前进进，在空，在空间间中描中描绘绘出正弦曲出正弦曲线线或其他周期性曲或其他周期性曲线线？为为什么？什么？第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理解解析析：根根据据德德布布罗罗意意的的观观点点，任任何何运运动动着着的的物物体体都都有有一一种种波波和和它它对对应应，飞飞行行的的子子弹弹必必有有一一种

20、种波波与与之之对对应应，由由于于子子弹弹的的德德布布罗罗意意波波长长极极短短，我我们们不不能能观观察察到到其其衍衍射射现现象象，由由于于德德布布罗罗意意波波是是一一种种概概率率波波，仅仅是是粒粒子子在在空空间间出出现现的的概概率遵从波动规律，而非粒子做曲线运动率遵从波动规律，而非粒子做曲线运动由波长公式可得由波长公式可得第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理因因为为子子弹弹的的德德布布罗罗意意波波长长太太短短，无无法法观观察察到到其其波波动动性性不不会会看看到到这这种种现现象象，因因德德布布罗罗意意波波是是一一种种概概率率波波，粒粒子子在在空空间间出出现现的的概概率率遵遵从从波波动动

21、规规律律，而而非非宏宏观观的的机机械械波波，更不是粒子做曲线运动更不是粒子做曲线运动第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理点评：点评：认为运动物体将做曲线运动是容易出现的错误，认为运动物体将做曲线运动是容易出现的错误，以宏观观念的波来理解德布罗意波是错误的根源，德布罗以宏观观念的波来理解德布罗意波是错误的根源，德布罗意波是一种概率波，在一般情况下不能用确定的坐标描述意波是一种概率波，在一般情况下不能用确定的坐标描述粒子的位置，无法用轨迹描述粒子的运动，但是粒子在空粒子的位置，无法用轨迹描述粒子的运动，但是粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不是粒子将做曲线运间各处出现的概率受波动

22、规律支配，不是粒子将做曲线运动，不能将物质波与宏观意义上的机械波相混淆，物质波动，不能将物质波与宏观意义上的机械波相混淆，物质波的实质是指粒子在空间的分布的概率是受波动规律支配的，的实质是指粒子在空间的分布的概率是受波动规律支配的，它与机械波有着本质的区别，更不能将粒子的运动轨迹与它与机械波有着本质的区别，更不能将粒子的运动轨迹与波动性联系在一起波动性联系在一起第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理A沿沿顺时针顺时针方向方向转动转动 B沿逆沿逆时针时针方向方向转动转动C都有可能都有可能 D不会不会转动转动答案：答案：B第十七章第十七章

23、波粒二象性波粒二象性人教版物理解解析析：由由动动量量定定理理可可知知，白白光光垂垂直直照照射射到到白白纸纸片片上上，反反射射能能力力较较好好，白白光光垂垂直直照照射射到到黑黑纸纸片片上上时时，吸吸收收性性较较好好，白白纸纸片片受受到到的的冲冲力力约约为为黑黑纸纸片片受受到到的的冲冲力力的的两两倍倍，故故俯俯视视看到装置开始逆时针方向转动看到装置开始逆时针方向转动点点评评：本本题题告告诉诉我我们们光光子子也也具具有有动动量量，同同时时也也满满足足动动量量的的相相关关定定律律和和定定理理，在在解解答答的的时时候候，可可以以应应用用相相关关的的规规律进行分析判断律进行分析判断第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性人教版物理