物理成才之路选修.pptx

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1、第1页/共37页理解光的波粒二象性理解光的波粒二象性了解粒子的波动性了解粒子的波动性理解物质波的概念，知道物理解物质波的概念，知道物质波的实验验证质波的实验验证第2页/共37页第3页/共37页如图所示是一台电子显微镜，竖直圆筒的上、下两端分别装着负极和正极，电压可高达1106V.它的分辨本领很高，可以看清大小为0.2nm的物体你知道电子显微镜的分辨本领与哪些因素有关吗？第4页/共37页第5页/共37页1光子的能量和动量：光子的能量和动量p可分别表示为：，p .能量和动量p是描述物质粒子性的重要物理量，和 是描述物质波动性的重要物理量，架起了粒子性与波动性之间的桥梁21924年，法国巴黎大学的学

2、生在博士学位论文中提出假设：实物粒子也具有性，即每一个粒子都与一个对应的相联系，粒子的能量与动量p跟它所对应的频率与波长之间遵从：，.这种与实物粒子相联系的波叫 ，又叫波h普朗克常量h德布罗意波粒二象运动的波德布罗意波物质第6页/共37页31927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用 做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的 性晶体波动第7页/共37页第8页/共37页学说学说名称名称微粒说微粒说波动说波动说电磁说电磁说光子说光子说波粒二象性波粒二象性代表代表人物人物牛顿牛顿惠更斯惠更斯麦克斯韦麦克斯韦爱因斯爱因斯坦坦公认公认实验实验依据依据光的直线光的直线传播、光传播、光的反射的反

3、射光的干涉、光的干涉、衍射衍射能在真空能在真空中传播，中传播，是横波，是横波，光速等于光速等于电磁波速电磁波速光电效光电效应康普应康普顿效应顿效应光既有波动现光既有波动现象，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性粒子弹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磁波电磁波光是由光是由一份一一份一份光子份光子组成的组成的光是具有电磁光是具有电磁本性的物质，本性的物质，既有波动性又既有波动性又有粒子性有粒子性年代年代17世纪世纪17世纪世纪19世纪中世纪中20世纪世纪初初20世纪初世纪初第9页/共37页光既有波动性，又有粒子性，我们把光的这种性质叫做光的波粒二象性

4、光的干涉、衍射、偏振现象，证明光具有波动性光电效应、康普顿效应和光子，说明光具有粒子性，无法用某一性质解释所有现象，事实上，光子既有粒子的特征，又有波的特征，既光具有波粒二象性第10页/共37页在下列现象中说明光具有波动性的是()A光的直线传播 B光的衍射C光的干涉 D光电效应答案：BC解析：干涉和衍射是波的特性.第11页/共37页实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，而且粒子的能量和动量p跟它所对应的波的频率和波长之间，也像光子跟光波一样，遵从如下关系这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫做物质波第12页/共37页特别提醒：我们平时所看到的宏观物体，在运动时，

5、我们观察不到它们的波动性，但也有一个波长与之对应，例如：飞行的子弹的波长约为1034m，这个波长实在是太小了，所以我们观察不到子弹的波动性.第13页/共37页(1)验证物质波是否存在的思路人们知道，干涉、衍射是波动性质的特有表现如果实物粒子具有波动性的话，在一定条件下，也应该发生衍射现象，为了证实粒子具有波动性质，我们先估计一下实物粒子波长的数量级，看看它实现衍射所需要的条件：对质量为1g、速度为1cm/s的物体来说，它的波长约为第14页/共37页这么小的波长，比宏观物体的尺度小很多，根本无法观察到它的波动性而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

6、能观察到电子的波动性(2)物质波的实验验证1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了类似下图的衍射图样，从而证实了电子的波动性他们为此获得了1973年的诺贝尔物理学奖第15页/共37页第16页/共37页中子的质量m1.671027kg，如果它以v1.0103m/s的速度运动，它的德布罗意波长为_，这个波长与电磁波中_波长相当答案：3.971010m射线第17页/共37页第18页/共37页 (2009启东高二检测)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

7、D大量光子的行为往往显示出粒子性第19页/共37页解析：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，光的有些行为(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的一种粒子第20页/共37页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，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

8、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错误答案：C第21页/共37页点评：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，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程中和同其它物质作用时分别表现出波和粒子的特性第22页/共37页关于光的本性，下列说法中正确的是()A关于光的本性，牛顿提出“微粒说”，惠更斯提出“波动说”，爱因斯坦提出“光子说”，它们都说明了光的本性B光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概

9、念上的波，也可以看成微观概念上的粒子C光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性D光的波粒二象性将牛顿的波动说和惠更斯的粒子说真正有机地统一起来答案：C第23页/共37页 一质量为450g的足球以10m/s的速度在空中飞行；一个初速为零的电子，通过电压为100V的加速电场，试分别计算它们的德布罗意波长解析：物体的动量pmv，其德布罗意波长第24页/共37页第25页/共37页答案：1.471034m,1.21010m点评：我们知道，为了观察到可见光的明显的单缝衍射图样，要求缝宽不能比光的波长大得太多，实验中所用单缝的缝宽数量级是104m，若要探测到足球的波动性，所用狭缝宽度的数

10、量级要达到1033m，目前我们尚无能为力第26页/共37页下列说法中正确的是()A物质波属于机械波B只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性C德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波和它对应，这种波叫物质波D宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性答案：C第27页/共37页解析：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、衍射现象不明显而已，故只有C对.第28页/共37页 质量为10g，速度为300m/s在空中飞行的子弹，其德布罗意波波长是多少？为什么我们无法观察出其波动性？

11、如果能够用特殊的方法观察子弹的波动性，我们是否能看到子弹上下或左右颤动着前进，在空间中描绘出正弦曲线或其他周期性曲线？为什么？第29页/共37页解析：根据德布罗意的观点，任何运动着的物体都有一种波和它对应，飞行的子弹必有一种波与之对应，由于子弹的德布罗意波长极短，我们不能观察到其衍射现象，由于德布罗意波是一种概率波，仅是粒子在空间出现的概率遵从波动规律，而非粒子做曲线运动由波长公式可得第30页/共37页因为子弹的德布罗意波长太短，无法观察到其波动性不会看到这种现象，因德布罗意波是一种概率波，粒子在空间出现的概率遵从波动规律，而非宏观的机械波，更不是粒子做曲线运动第31页/共37页点评：认为运动

12、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，但是粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，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波动性联系在一起第32页/共37页第33页/共37页A沿顺时针方向转动 B沿逆时针方向转动C都有可能 D不会转动答案：B第34页/共37页解析：由动量定理可知，白光垂直照射到白纸片上，反射能力较好，白光垂直照射到黑纸片上时，吸收性较好，白纸片受到的冲力约为黑纸片受到的冲力的两倍，故俯视看到装置开始逆时针方向转动点评：本题告诉我们光子也具有动量，同时也满足动量的相关定律和定理，在解答的时候，可以应用相关的规律进行分析判断第35页/共37页第36页/共37页感谢您的观看！第37页/共37页