一中物理 第四章 波粒二象性 4.3 光的波粒二象性 4.4 实物粒子的波粒二象性 4.5 不确定关系.ppt

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1、第四章波粒二象性目标定位1.知道光的波粒二象性，理解其对立统一的关系.2.了解德布罗意波和概率波，知道它们都遵循统计规律.3.会用不确定关系的公式分析简单问题3光的波粒二象性4实物粒子的波粒二象性5不确定关系一、光的波粒二象性概率波知识探究 问题设计1什么现象体现出了光的波动性？什么现象体现出了光的粒子性？答案大量光子在传播过程中显示出波动性，比如干涉和衍射当光与物质发生作用时，显示出粒子性如光电效应、康普顿效应2光的波动性和粒子性矛盾吗？答案不矛盾，光具有波粒二象性要点提炼1康普顿效应X射线经物质散射后波长 的现象2光的波粒二象性(1)光的干涉和衍射现象说明光具有 性，效应和 效应说明光具有

2、粒子性(2)光子的能量 ，光子的动量p .(3)光子既有粒子的特征，又有波的特征；即光具有 二象性变长波动光电康普顿h波粒3对光的波粒二象性的理解(1)大量光子产生的效果显示出波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性(2)光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此h揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系(3)频率低、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著(4)光在传播时体现出波动性，在与其他物质相互作用时体现出粒子性光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体4光是一种概率波光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量和其他物质相互作用时，粒子性起

3、主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波二、德布罗意物质波假说1任何运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种波叫物质波，又叫德布罗意波物质波波长、频率的计算公式为 ，.我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太大，德布罗意波长太 的缘故小2德布罗意假说是光的波粒二象性的推广，即光子和实物粒子都既具有粒子性又具有 ，即具有波粒二象性与光子对应的波是 ，与实物粒子对应的波是 波3物质波的实验验证(1)1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了 衍射的实验，从而证实了 的波动性(2)人们陆

4、续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的 和 关系同样正确波动性电磁波物质电子束电子三、不确定关系 问题设计在经典物理学中，一个质点的位置和动量是可以同时精确测定的，对于微观粒子，它的位置和动量能同时被精确测定吗？能用“轨迹”来描述粒子的运动吗？试以光的衍射为例加以说明答案微观粒子的位置和动量不能同时被精确测定在粒子的衍射现象中，设有粒子通过狭缝后落在屏上，狭缝宽度为a(用坐标表示为x)，那么某个粒子通过狭缝时位于缝中的哪一点是不确定的，不确定的范围为x；由于微观粒子具有波动性，经过狭缝后会发生衍射，有些粒子会偏离原来的运动方向跑到了投影位置以外的地方，这就意味着

5、粒子有了与原来运动方向垂直的动量(位于与原运动方向垂直的平面上)又由于粒子落在何处是随机的，所以粒子在垂直于运动方向的动量具有不确定性，不确定量为px.根据xpx 知，如果x更小，则px更大，也就是不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，因而也就不可能用“轨迹”来描述粒子的运动1微观粒子运动的位置不确定量x和动量的不确定量px的关系式为 ，其中 h是 ，这个关系式叫不确定关系2不确定关系告诉我们，如果要更准确地确定粒子的位置(即x更小)，那么动量的测量一定会 (即px更大)，也就是说，不可能同时准确地知道粒子的 和 ，也不可能用“轨迹”来描述粒子的运动要点提炼xpx普朗克常量更不准确位置动量典例

6、精析一、对光的波粒二象性的认识例1 对光的认识，以下说法中正确的是()A个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B高频光是粒子，低频光是波C光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了D光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显解析个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，频率高的光粒子性强，频率低的光波动性强，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项为A、

7、D.答案AD二、对物质波的理解例2 下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是()A光波是一种物质波BX光的衍射证实了物质波的假设是正确的C电子的衍射证实了物质波的假设是正确的D宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性解析宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍具有波动性，D项错；X光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的存在，B项错只有C项正确答案C三、对概率波的理解例3 物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片

8、上只出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹，对这个实验结果下列认识正确的是()A曝光时间不长时，光子的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子B单个光子的运动表现出波动性C干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方D只有大量光子的行为才能表现出波动性解析光是一种概率波，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是中央亮纹处，可达95%以上，还可能落到暗纹处，不过落在暗纹处的概率最小(注意暗纹处并非无光子到达)故C、D选项正确答案CD四、对不确定关系的应用例4 设子弹的质量为0.01 kg，枪口直径为0.5 cm，试求子弹射出枪口时横向速度

9、的不确定量解析枪口直径可以当作子弹射出枪口位置的不确定量x，由于pxmvx，由不确定关系公式得子弹射出枪口时横向速度的不确定量答案1.061030 m/s课堂要点小结自我检测1(光的波粒二象性)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D大量光子的行为往往表现出粒子性1 2 3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，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

10、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1 2 3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，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C1 2 32(对物质波的理解)利用金属晶格(大小约1010 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是使电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样已知电子质量为m，电荷量为e

11、，初速度为0，加速电压为U，普郎克常量为h，则下列说法中正确的是()1 2 3A该实验说明了电子具有波动性B实验中电子束的德布罗意波长为C加速电压U越大，电子的衍射现象越明显D若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显1 2 3解析得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A正确；1 2 31 2 3由公式 可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象越不明显；用相同动能的质子替代电子，质子的波长小，其衍射现象不如电子的衍射现象明显故C、D错误答案AB3(对概率波的理解)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子()A一定落在中央亮纹处B一定落在亮纹处C可能落在暗纹处D落在中央亮纹处的可能性最大1 2 31 2 3解析根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故C、D选项正确答案CD