2021新课标创新人教物理选修3-5第十七章第3节粒子的波动性

1、预习导引区(第E节輕予的冰动性学习冃标R醴外壬芝玻此二載性连耳£ 土比一的養果会用址的 *;iw.1一、 光的波粒二象性1. 光的本性(1) 大量光子产牛的效果显示出波动性，比方干预、衍射、偏振现象说明光在传播过程 中具有波动性。(2) 个别光子产生的效果往往显示出粒子性，比方光电效应、康普顿效应等，光子与电 子的作用是一份一份进行的，这些都表达了光的粒子性。(3) 光既具有波动性又具有粒子性，光具有波粒二象性。2. 光子的能量和动量(1) 能量：尸h v一， h(2) 动量：p =)。意义能量£和动量P是描述物质的粒子性的重要物理量;波长入或频率V是描述物质的波动性的典型

2、物理量。因此尸h V和p= h揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系。入说明1. 光的波动性是光子本身的属性，不是光子之间的相互作用产生的。2光的波动性不同于宏观物质的波，光子也不同于实物粒子。判一判1. 光的干预、衍射、偏振现象说明光具有波动性(V)2光子数量越大，其粒子性越明显(X )3光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子(V)二、 粒子的波动性及实验验证1粒子的波动性(1) 德布罗意波每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系,这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫物质波。(2) 物质波的波长、频率关系式波长：入=°，频率：v= 7°ph2. 物质波的实验验证

3、(1)实验探究思路干预、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，那么在一定条件下，也应该发生 干预或衍射现象。(2)实验验证1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，得到了电子的衍射图样, 证实了电子的波动性。说明1. 人们陆续证实了质子、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 尸占和 匸h关系同样正确。h P2宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波 的波长很小，根本无法观察到它的波动性。选一选(2021东莞高二检测)在历史上，最早证明了德布罗意波存在的实验是()A .弱光衍射实验B .电子束在晶体上的衍射实验C. 弱光干

4、预实验D. 以上都不正确解析：选B 1927年，戴维孙和革末通过实验首次发现了电子在晶体上能发生衍射现 象，这个实验说明电子具有波动性。1,上为衣性的认谄和匡牡课堂互动区知识点一光的本性的认识和理解1对光的本性的认识史学说微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性代表人物牛顿:惠更斯1麦克斯韦爱因斯坦公认年代17世纪17世纪19世纪中20世纪初20世纪初2对光的波粒二象性的理解实验根底表现说明光的波 动性干预和衍射(1) 光子在空间各点出现的 可能性大小可用波动规律来描述(2) 能量强的光在传播时，表现出波的性质(1)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 产生的光的波动性不同于

5、宏观观念的波光的粒 子性光电效 应、康普顿效应(1)当光冋物质发生作用 时，这种作用是“一份一 份进行的，表现出粒子 的性质(2)少量或个别光子容易显 示出光的粒子性(1) 粒子的含义是“不连 续“一份一份的(2) 光子不冋于宏观观念的粒子典型例题例1.多项选择(2021肇庆高二检测)关于光的波粒二象性的理解正确的选项是()A 大量光子的行为往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性B 光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C.高频光是粒子，低频光是波D .波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著解析光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显，有时候表现

6、出的波动性较明显，D正确；大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性，A正确；光在传播时波动性显著，光与物质相互作用时粒子性显著，B错误；频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著，C错误。答案AD点评求解"光的本性问题应注意两点1. 求解光的本性问题应当明确，光波是概率波，频率低的光，波动性显著，频率高的 光，粒子性显著；光在传播过程中往往显示出波动性，光在与物质相互作用时，往往显示出 粒子性，光子在空间各点出现的可能性的大小，可用波动规律来描述。2. 概率是一种统计概念，少量光子的行为显示不出概率统计规律，大量光子才显示出 这种规律。“概率波实际上是将光的波动

7、性和粒子性统一起来的一种说法。波动性是光子 的属性。即时稳固1. 多项选择关于光的波粒二象性，以下说法中正确的选项是()A .光的频率越高，衍射现象越容易看到B .光的频率越高，粒子性越显著C.大量光子产生的效果往往显示波动性D .光的波粒二象性否认了光的电磁说解析：选BC 光具有波粒二象性，波粒二象性并不否认光的电磁说，只是说某些情况下粒子性明显，某些情况下波动性明显，故D错误；光的频率越高，波长越短，粒子性越明显，波动性越不明显，越不易看到其衍射现象，故B正确，A错误；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，故C正确。对物质波的理解1对物质波的理解(1)任何物体，小到电子、

8、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以观察不到 宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小。粒子在空间各处出现的几率受统计规律支配，不能以宏观观点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，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，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波。2. 对物质波的三点提醒(1) 一切运动着的物体都具有波动性，宏观物体观察不到其波动性并不否认其波动性。(2) 要注意大量光子、个别光子、宏观物体、微观粒子等相关概念的区别。(3) 在宏观世界中，波与粒子是对立的概念；在微观世界中，波与粒子可

9、以统一。典型例题例2质量为10 g、速度为300 m/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普朗克常量h = 6.63 X 1034 j s?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。子弹的动量p= mv = 10X 10_3X 300 kg m/s= 3 kg m/s子弹的德布罗意波波长为6.63 X 10 34334m= 2.21 X 10 34 m由于子弹的德布罗意波波长极短，无法观察到其波动性。答案2.21 X 1034 m 由于子弹的德布罗意波波长极短，无法观察到其波动性点评有关德布罗意波计算的一般

10、方法1. 计算物体的速度，再计算其动量。如果知道物体动能也可以直接用p = . 2mEk计算其动量。2. 根据入=?计算德布罗意波长。3 需要注意的是：德布罗意波长一般都很短，比一般的光波波长还要短，可以根据结 果的数量级大致判断结果是否合理。4宏观物体的波长小到可以忽略，其波动性很不明显。即时稳固2在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波波长 与晶体中原子间距相近，中子质量m= 1.67X 10 27 kg,普朗克常量h = 6.63X 1034 J s,可以估算德布罗意波波长A . 1017 JC. 10 21 J入=1.82 X 1010 m的热中子动能的数量

11、级为(B. 1019 JD . 1024 J解析：选C由=p知热中子动量P =又因为p2= 2mEk,所以热中子动能Ek= 2pm =h2_4X10 _21 J, C 正确。1 能够证明光具有波粒二象性的现象是A 光的干预、衍射现象和光电效应B 光的反射与小孔成像C. 光的折射与偏振现象D .光的干预、衍射与光的色散解析：选A 小孔成像说明光沿直线传播，选项C、D说明光的波动性，应选项 A正确。2. 以下说法中正确的选项是 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

12、种波叫物质波D .宏观物体运动时，看不到它的衍射或干预现象，所以宏观物体运动时不具有波动性解析：选C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，只是干预、衍射现象不明显而已，故C正确。3. 以下说法中正确的选项是 A .质量大的物体，其德布罗意波的波长短B .速度大的物体，其德布罗意波的波长短C.动量大的物体，其德布罗意波的波长短D .动能大的物体，其德布罗意波的波长短解析：选C 由 匸h可知，德布罗意波的波长与其动量成反比，C正确。P4.多项选择频率为v的光子，德布罗意波长为匸h，能量为E,那么光的速度为E入 A. hpEC_pB. pEh2D. _ Ep解析

13、：选AC 根据c=入，E = h v,匸h，即可解得光的速度为 E或丘，故A、C正确。ph p5.现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构。为满足测量要求，将显微镜工乍时电子的德布罗意波长设定为n其中n>1。普朗克常量h、电子质量m和电子电 荷量e，电子的初速度不计，那么显微镜工作时电子的加速电压应为多少？解析：由德布罗意波公式nhEk=曲2m = 2md= eU解得U =n2h22emd2答案:n2h22emd2根底练一、选择题1. 有关光的本性，以下说法中正确的选项是A 光具有波动性，又具有粒子性，这是相互矛盾和对立的 B 光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C.大量光

14、子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D .由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只 能认为光具有波粒二象性解析：选D 光在不同条件下表现出不同的行为，其波动性和粒子性并不矛盾，A错误，D正确；光的波动性不同于机械波，其粒子性也不同于质点，B错误；大量光子往往表现出波动性，个别光子往往表现出粒子性，C错误。2. 多项选择关于光的波粒二象性，下述说法中正确的选项是A .频率高的光子易显示波动性B .个别光子产生的效果易显示粒子性C.光的衍射说明光具有波动性D .光电效应说明光具有波动性解析：选BC 光既具有粒子性又具有波动性，个别光子产生的效果易显示粒子性，大 量光

15、子产生的效果显示波动性，频率越高，粒子性越明显，故A错误，B正确；光能发生衍射现象，说明光具有波动性，故C正确；光电效应实验说明光子是一份一份的，光具有粒子性，故D错误。3我们经常可以看到，道路施工处总挂着红色的警示灯，除了红色光容易引起人的视 觉注意以外，还有一个重要的原因，这一原因是红色光A 比其他可见光更容易发生衍射B 比其他可见光的光子能量大C.比其他可见光更容易发生干预D 比其他可见光更容易发生光电效应解析：选A 可见光中红光的波长最长， 最容易因衍射而穿过大气到达远处，红光的频率最小，故其光子能量是可见光光子能量中最小的，比其他可见光更不容易发生光电效应； 虽然红光比其他可见光更容

16、易发生干预，但这不是使施工更平安的原因，A正确。4. 关于物质波，以下说法正确的选项是 A 速度相等的电子和质子，电子的波长长B 动能相等的电子和质子，电子的波长短C动量相等的电子和中子，中子的波长短D .甲电子速度是乙电子的 3倍，甲电子的波长也是乙电子的 3倍解析：选A 由 冶h可知，动量大的波长短，电子与质子的速度相等时，电子动量小，P波长长，A正确；电子与质子动能相等时，由动量与动能的关系式2mEk可知，电子的动量小，波长长，B错误；动量相等的电子和中子，其波长应相等，C错误；如果甲、乙两电子的速度远小于光速，甲电子的速度是乙电子的 3倍，甲电子的动量也是乙电子的3倍，1那么甲电子的波

17、长应是乙电子的 3，D错误。5多项选择光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹，衍射条纹的图样与 障碍物的形状相对应，这一现象说明A .光是电磁波B .光具有波动性C光可以携带信息D 光具有波粒二象性解析：选BC 光能发生衍射现象，说明光有波动性， B正确；衍射图样与障碍物的形 状对应，说明了衍射图样中包含了障碍物的信息，C正确；光是电磁波，光也具有波粒二象性，但在题述现象中没有得到反映， A、D错误。二、非选择题£6 光子的动量p与能量£的关系为p= c，静止的原子核放出一个波长为入的光子，已c知普朗克常量为h,光在真空中传播的速度为c,求：质量为M的反冲核的速度

18、为多少？2反冲核运动时物质波的波长是多少？解析：1由 冶厲得p= h，由光子与原子核组成的系统动量守恒，得0= p Mv'P入解得 v，= p = h解得M入Mh2由德布罗意波长公式知入=,由动量守恒知 p= p '所以反冲核运动时物质波的波长入= h=入p p答案：光提能练一、选择题1. X射线是一种高频电磁波，假设 X射线在真空中的波长为人以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，以 E和p分别表示X射线每个光子的能量和动量，那么 h入一h入A. E= T,p= 0B. E=石,hcp= 0D. Ehcc. E =,=_,解析：选D根据E= h v,h入=-,c=入v丿可得h

19、Ph入P = c2hcX射线每个光子的能量为E =号，每个光子的动量为p =,应选D。2. 质量为m的粒子原来的速度为 波长将粒子的质量保持不变A 保持不变B. 变为原来波长的两倍C. 变为原来波长的一半D 变为原来波长的2倍v,现将粒子的速度增大为 2v,那么该粒子的物质波的解析：选C由题知，粒子速度为v时，入=mv粒子速度为2v时，瓜=蔬，心知C正确，A、B、D错误。3. 多项选择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，方法是让电 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。电子质量为m,电荷量为e,初速度为0,加速电压为U，普朗克常量为h,那么以下说法中正确的选项是A.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波长为=i 'y2meUC.加速电压U越大，电子的衍射现象越明显D .假设用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显解析：选AB 得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A正确；德布罗意波波长公式 =p,而动量 P=寸2mEk = Q2meU,两式联立得 入=边 j, B正确；从公式 入=寸2 jC错误；用相同动能的质子 D错误。0.2 nm，如果有人制造出质子显 可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象就越不明显， 替代电子，质子的波长较小，衍射现象与