高中物理第四章波粒二象性第3节光的波粒二象性第4节实物粒子的波粒二象性第5节不确定关系课件

1、第第3节光的波粒二象性节光的波粒二象性第第4节实物粒子的波粒二象性节实物粒子的波粒二象性第第5节不确定关系节不确定关系核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第第5节节课前自主学案课前自主学案课标定位课标定位1.知道康普顿效应，理解康普顿效应实验现象知道康普顿效应，理解康普顿效应实验现象2知道光具有波粒二象性，且光是概率波知道光具有波粒二象性，且光是概率波3理解德布罗意物质波假说，知道一切实物粒子都理解德布罗意物质波假说，知道一切实物粒子都具有波粒二象性具有波粒二象性4理解不确定关系，了解不确定关系在微观世界与理解不确定关系，了解不确定关系在微观世界与宏观世界中

2、的不同作用宏观世界中的不同作用课标定位课标定位课前自主学案课前自主学案一、康普顿效应、光的波粒二象性一、康普顿效应、光的波粒二象性1内容：康普顿在研究石墨对内容：康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发射线的散射时，发现在散射的现在散射的X射线中，除原波长外，还有波长随散射线中，除原波长外，还有波长随散射角的增大而射角的增大而_的谱线的谱线X射线经物质散射后射线经物质散射后波长波长_的现象称为康普顿效应的现象称为康普顿效应2意义：康普顿效应深入地揭示了光的意义：康普顿效应深入地揭示了光的_性性的一面，表明光子除了具有能量之外还具有的一面，表明光子除了具有能量之外还具有_因此光具有波粒二象性因此光具

3、有波粒二象性3光子的能量和动量：光子的能量和动量：_，p_.增大增大变长变长粒子粒子动量动量h有一位记者曾向英国物理学家、诺贝尔奖获得有一位记者曾向英国物理学家、诺贝尔奖获得者布拉格请教：光是波还是粒子？布拉格幽默者布拉格请教：光是波还是粒子？布拉格幽默地答道：地答道：“星期一、三、五它是一个波，星期星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休息息”你是如何理解布拉格的回答的？你是如何理解布拉格的回答的？提示：光既不同于宏观观念的粒子，又不同于提示：光既不同于宏观观念的粒子，又不同于宏观观念的波，但光既具有粒子性，又具有波宏观观

4、念的波，但光既具有粒子性，又具有波动性，粒子性、波动性是光本身的属性动性，粒子性、波动性是光本身的属性思考感悟思考感悟二、光是一种概率波二、光是一种概率波1概率波概率波在双缝干涉图样中，条纹的明暗表示到达屏上光的在双缝干涉图样中，条纹的明暗表示到达屏上光的强度不同，每个同频率光子都带有相同的一份能量，强度不同，每个同频率光子都带有相同的一份能量，光的强度对应于光子的数目明纹处到达的光子数光的强度对应于光子的数目明纹处到达的光子数多，暗纹处到达的光子数少可见光子落在各点的多，暗纹处到达的光子数少可见光子落在各点的概率是不一样的，光子落在明纹处的概率大，落在概率是不一样的，光子落在明纹处的概率大，

5、落在暗纹处的概率小即光子在空间出现的概率可以用暗纹处的概率小即光子在空间出现的概率可以用波动的规律去确定所以说光波是一种波动的规律去确定所以说光波是一种_波波概率概率2实验探究实验探究图图431中甲是用很弱的光源做双缝干涉实验中甲是用很弱的光源做双缝干涉实验的装置乙图的曝光时间最短，显示出光的的装置乙图的曝光时间最短，显示出光的_，丙、丁图中光子到达的区域正好是波，丙、丁图中光子到达的区域正好是波通过双缝后发生干涉时的通过双缝后发生干涉时的_区域，表明光区域，表明光具有具有_粒子性粒子性明条纹明条纹波动性波动性图431如果使光源更微弱，使同一时刻只有一个光子飞如果使光源更微弱，使同一时刻只有一

6、个光子飞向感光屏，不同曝光时间摄得的照片仍和乙、丙、向感光屏，不同曝光时间摄得的照片仍和乙、丙、丁相同，表明波动性是光子本身的属性丁相同，表明波动性是光子本身的属性三、德布罗意物质波假说及波长三、德布罗意物质波假说及波长实物粒子像光子一样，也具有实物粒子像光子一样，也具有_，粒子的能量粒子的能量与动量与动量p跟它对应的频率跟它对应的频率与波长与波长之之间遵从的关系为：间遵从的关系为：_，p_.波粒二象性波粒二象性h四、电子波动性的实验证实，氢原子中的电子云四、电子波动性的实验证实，氢原子中的电子云1物质波的实验验证物质波的实验验证1927年戴维孙和年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用汤姆孙分别利用

7、_做做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的证实了电子的_性性2电子云：在氢原子中，电子在原子核周围出电子云：在氢原子中，电子在原子核周围出现的概率密度现的概率密度(出现在某处单位体积中的概率大出现在某处单位体积中的概率大小小)分布的情况被形象化地叫做电子云分布的情况被形象化地叫做电子云晶体晶体波动波动五、不确定关系五、不确定关系1微观粒子运动的基本特征微观粒子运动的基本特征不再遵守牛顿运动定律，不可能同时准确地知不再遵守牛顿运动定律，不可能同时准确地知道粒子的道粒子的_和和_，不可能用，不可能用“_”_”来描述粒子的运动，微观粒子的运

8、动状态只能来描述粒子的运动，微观粒子的运动状态只能通过通过_做统计性的描述做统计性的描述2不确定关系不确定关系位置位置动量动量轨迹轨迹概率概率以以x表示粒子位置的不确定量，以表示粒子位置的不确定量，以p表示粒子表示粒子在在x方向上的动量的不确定量，那么方向上的动量的不确定量，那么xpx ，式中，式中h是是_常量常量3以宏观世界为研究对象学习和研究经典物理以宏观世界为研究对象学习和研究经典物理学时，就可以完全不涉及实物粒子的波动学时，就可以完全不涉及实物粒子的波动性不确定关系是对物体在多大程度上要考察性不确定关系是对物体在多大程度上要考察其波动性作了最精确的概括其波动性作了最精确的概括普朗克普朗

9、克核心要点突破核心要点突破一、对光的波粒二象性的理解一、对光的波粒二象性的理解1光的粒子性的含义光的粒子性的含义粒子的含义是粒子的含义是“不连续不连续”“”“一份一份一份一份”的，光的的，光的粒子即光子，不同于宏观概念的粒子，但也具有粒子即光子，不同于宏观概念的粒子，但也具有动量和能量动量和能量(1)当光同物质发生作用时，表现出粒子的性当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质质(2)少量或个别光子易显示出光的粒子性少量或个别光子易显示出光的粒子性(3)频率高，波长短的光，粒子性特征显著频率高，波长短的光，粒子性特征显著2光的波动性的含义光的波动性的含义光的波动性是光子本身的一种属性，它不同于光的

10、波动性是光子本身的一种属性，它不同于宏观的波，它是一种概率波，即光子在空间各宏观的波，它是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小点出现的可能性大小(概率概率)可用波动规律描述：可用波动规律描述：(1)足够能量的光足够能量的光(大量光子大量光子)在传播时，表现出在传播时，表现出波的性质波的性质(2)频率低，波长长的光，波动性特征显著频率低，波长长的光，波动性特征显著3光的波动性、粒子性是统一的光的波动性、粒子性是统一的(1)光的粒子性并不否定光的波动性，光既具有波光的粒子性并不否定光的波动性，光既具有波动性，又具有粒子性，波动性、粒子性都是光的动性，又具有粒子性，波动性、粒子性都是光的本身

11、属性，只是在不同条件下的表现不同本身属性，只是在不同条件下的表现不同(2)只有从波粒二象性的角度，才能统一说明光的只有从波粒二象性的角度，才能统一说明光的各种行为各种行为特别提醒：特别提醒：光子说并不否认光的电磁说，光子说并不否认光的电磁说，(1)按按光子说，光子的能量光子说，光子的能量Eh，其中，其中表示光的频率，表示光的频率，即表示了波的特征即表示了波的特征(2)从光子说或电磁说推导光子动量以及光速都得从光子说或电磁说推导光子动量以及光速都得到一致的结论到一致的结论即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)1关于光的波粒二象性，不正确的说法是关于光的波粒二象性，不正确的说法是

12、()A光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越光的频率越高，光子的能量越大，粒子性越显著显著B光的波长越长，光子的能量越小，波动性越光的波长越长，光子的能量越小，波动性越显著显著C频率高的光子不具有波动性，波长较长的光频率高的光子不具有波动性，波长较长的光子不具有粒子性子不具有粒子性D个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量个别光子产生的效果往往显示粒子性，大量光子产生的效果往往显示波动性光子产生的效果往往显示波动性解析：解析：选选C.光具有波粒二象性，但在不同情况光具有波粒二象性，但在不同情况下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性愈下表现不同，频率越高，波长越短，粒子性愈强，反之波动性明显，个别

13、光子易显示粒子性，强，反之波动性明显，个别光子易显示粒子性，大量光子显示波动性，故大量光子显示波动性，故A、B、D正确正确C错错误误二、对概率波的理解二、对概率波的理解1单个粒子运动的偶然性单个粒子运动的偶然性我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不确定的随机的，是预先不确定的2大量粒子运动的必然性大量粒子运动的必然性由波动规律，我们可以准确地知道，大量粒子由波动规律，我们可以准确地知道，大量粒子运动时的统计规律，因此我们可以对宏观现象运动时的统计规律，因此我

14、们可以对宏观现象进行预言进行预言3概率波体现了波粒二象性的和谐统一概率波体现了波粒二象性的和谐统一概率波的主体是光子、实物粒子，体现了粒子概率波的主体是光子、实物粒子，体现了粒子性的一面；同时粒子在某一位置出现的概率受性的一面；同时粒子在某一位置出现的概率受波动规律支配，体现了波动性的一面，所以说，波动规律支配，体现了波动性的一面，所以说，概率波将波动性和粒子性统一在一起概率波将波动性和粒子性统一在一起特别提醒：特别提醒：(1)德布罗意波是一种概率波，是德布罗意波是一种概率波，是指在一般情况下，无法准确描述粒子的位置，指在一般情况下，无法准确描述粒子的位置，无法用轨迹描述粒子的运动，粒子在空间

15、某点无法用轨迹描述粒子的运动，粒子在空间某点出现的概率受波动规律支配出现的概率受波动规律支配(2)德布罗意波不同于宏观的机械波，更不能理德布罗意波不同于宏观的机械波，更不能理解为粒子做曲线运动解为粒子做曲线运动即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)2在光的双缝干涉实验中，在光屏上放上照相在光的双缝干涉实验中，在光屏上放上照相底片并设法减弱光子流的强度，尽可能使光子底片并设法减弱光子流的强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，在曝光时间不长和曝光一个一个地通过狭缝，在曝光时间不长和曝光时间足够长的两种情况下，其实验结果是时间足够长的两种情况下，其实验结果是()若曝光时间不长，则底

16、片上出现一些无规则若曝光时间不长，则底片上出现一些无规则的点的点若曝光时间足够长，则底片上出现干涉条纹若曝光时间足够长，则底片上出现干涉条纹这一实验结果证明了光具有波动性这一实验结果证明了光具有波动性这一实验结果否定了光具有粒子性这一实验结果否定了光具有粒子性A对对B对对C对对D对对答案：答案：A三、对德布罗意物质波的理解三、对德布罗意物质波的理解1任何物体，小到电子、质子，大到行星、太任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物阳都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小的缘故的缘故

17、2德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不要以宏观观点出现的概率受波动规律支配，不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波中的波来理解德布罗意波3德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波特别提醒：特别提醒：光和实物粒子都具有波粒二象性，光和实物粒子都具有

18、波粒二象性，对于波粒二象性的理解，应注意：对于波粒二象性的理解，应注意：(1)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，波与粒子可以统一微观世界中，波与粒子可以统一(2)这里所说的粒子性和波动性，既不是宏观观念这里所说的粒子性和波动性，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物质作用时分别表现性是指光在传播过程中和同物质作用时分别表现出波和粒子的特性出波和粒子的特性即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)3下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A

19、质量大的物体，其德布罗意波长小质量大的物体，其德布罗意波长小B速度大的物体，其德布罗意波长小速度大的物体，其德布罗意波长小C动量大的物体，其德布罗意波长小动量大的物体，其德布罗意波长小D动能大的物体，其德布罗意波长小动能大的物体，其德布罗意波长小答案：答案：C四、正确理解不确定关系四、正确理解不确定关系1不确定关系是微观粒子具有波粒二象性的必不确定关系是微观粒子具有波粒二象性的必然结果，除位置和动量的不确定关系外，还有然结果，除位置和动量的不确定关系外，还有其他不确定关系，如时间和能量的不确定关系：其他不确定关系，如时间和能量的不确定关系：Et .2普朗克常量是不确定关系中的重要角色，如普朗克

20、常量是不确定关系中的重要角色，如果果h的值可忽略不计，这时物体的位置、动量可的值可忽略不计，这时物体的位置、动量可同时有确定的值，如果同时有确定的值，如果h不能忽略，这时必须考不能忽略，这时必须考虑微粒的波粒二象性虑微粒的波粒二象性h成为划分经典物理学和成为划分经典物理学和量子力学的一个界线量子力学的一个界线即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀)4关于不确定关系关于不确定关系xpx 有以下几种理有以下几种理解，正确的是解，正确的是()A微观粒子的动量不可确定微观粒子的动量不可确定B微观粒子的位置不可确定微观粒子的位置不可确定C微观粒子的动量和位置不可同时确定微观粒子的动量和位

21、置不可同时确定D不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于宏观物体粒子，也适用于宏观物体解析：解析：选选CD.由由xpx 可知，当粒子的位可知，当粒子的位置不确定性小时，粒子动量的不确定性大；反置不确定性小时，粒子动量的不确定性大；反之，当粒子的位置不确定性大时，粒子动量的之，当粒子的位置不确定性大时，粒子动量的不确定性小，故不能同时测量粒子的位置和动不确定性小，故不能同时测量粒子的位置和动量，故量，故A、B错，错，C对不确定性关系是自然界对不确定性关系是自然界中的普遍规律，对微观粒子的影响显著，对宏中的普遍规律，对微观粒子的影响显著，对宏观世界

22、的影响可忽略，故观世界的影响可忽略，故D正确正确课堂互动讲练课堂互动讲练对光的波粒二象性的理解对光的波粒二象性的理解对于光的行为，下列说法正确的是对于光的行为，下列说法正确的是()A个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的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行为表现为波动性B光的波动性是光子本身的一种属性，不是光光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的子之间的相互作用引起的C光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了表现出粒子性时，就不具有波动性了D光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光光的波

23、粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的的波动性表现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显粒子性表现明显【精讲精析精讲精析】个别光子的行为表现为粒子性，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，大量光子的行为表现为波动性，A选项正确；光选项正确；光与物质作用，表现为粒子性，光的传播表现出与物质作用，表现为粒子性，光的传播表现出波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，因为波动性表现为粒子的分布概率，光的性，因为波动性表现为粒子的分布概率，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒粒子性表现明显时仍具有

24、波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，子的个别行为呈现出波动规律，B、D选项正选项正确确【答案答案】ABD【方法总结方法总结】光的波粒二象性是指光具有波光的波粒二象性是指光具有波动性，又具有粒子性，有时波动性更明显，有动性，又具有粒子性，有时波动性更明显，有时粒子性则更明显，但是，波动性和粒子性是时粒子性则更明显，但是，波动性和粒子性是不可分割的，是从不同角度所观察到的不同性不可分割的，是从不同角度所观察到的不同性质质变式训练变式训练1下列说法正确的是下列说法正确的是()A有的光是波，有的光是粒子有的光是波，有的光是粒子B光子与电子是同样的一种粒子光子与电子是同样的一种粒子C光的波长越

25、长，其波动性越显著；波长越短，光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著其粒子性越显著D射线具有显著的粒子性，不具有波动性射线具有显著的粒子性，不具有波动性解析：解析：选选C.光同时具有波动性和粒子性，只是光同时具有波动性和粒子性，只是在有的情况下波动性更显著，有的情况下粒子在有的情况下波动性更显著，有的情况下粒子性更显著波长越长，波动性就更显著，粒子性更显著波长越长，波动性就更显著，粒子性就越不明显，波长越短，粒子性就更显著，性就越不明显，波长越短，粒子性就更显著，波动性就越不明显，只有波动性就越不明显，只有C选项正确选项正确对概率波的理解对概率波的理解在验证光的波粒二象性的实验

26、中，下列说在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是法正确的是()A使光子一个一个地通过狭缝，如果时间足够使光子一个一个地通过狭缝，如果时间足够长，底片上将会显示衍射图样长，底片上将会显示衍射图样B单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图样衍射图样C光子通过狭缝的运动路线是直线光子通过狭缝的运动路线是直线D光的波动性是大量光子运动的规律光的波动性是大量光子运动的规律【精讲精析精讲精析】个别或少数光子表现出光的粒个别或少数光子表现出光的粒子性，大量光子表现出光的波动性如果时间子性，大量光子表现出光的波动性如果时间足够长，通过狭缝的光子数也就足够多，粒

27、子足够长，通过狭缝的光子数也就足够多，粒子的分布遵从波动规律，底片上将会显示出衍射的分布遵从波动规律，底片上将会显示出衍射图样，图样，A、D选项正确单个光子通过狭缝后，选项正确单个光子通过狭缝后，路径是随机的，底片上也不会出现完整的衍射路径是随机的，底片上也不会出现完整的衍射图样，图样，B、C选项错选项错【答案答案】AD变式训练变式训练2在单缝衍射实验中，中央亮纹的光在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的强占从单缝射入的整个光强的95%以上假设以上假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子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一定落在中央亮纹处B一定落在亮纹处一定落在亮纹处C可能落在暗纹处可能落在暗纹处D落在中央亮纹处的可能性最大落在中央亮纹处的可能性最大解析：解析：选选CD