光的波粒二象性 全章复习

朝阳四高中高二物理导学案

年级：高二科目：物理

周次：第3周 序号:11 主备人：刘飞题目：全章复习本章知识概括1．知识网络2.要点回顾(黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，各种波长的幅度都增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动能量子：微观粒子的能量是量子化的；s=hv产生条件：入射光频率大于被照射金属的极限频率入射光频率一决定每个光子能量E=hv一决定光电子逸出后最大初动能入射光强度一决定每秒钟逸出的光电子数一决定光电流大小光电效应］(4)爱因斯坦光电效应方程Ek=hv—WW表示金属的逸出功，又V表示金属的极限频率，则W二hvcw=hvCc c c「用X射线照射物体时，散射出来的X射线的波长会变长康普顿效应 hI光子不仅具有能量，也具有动量，p=—九光的波粒二象性光既具有波动性，又具有粒子性，光的波动性和粒子性是光在不同条件下的不同表现光的波粒二象性大量的光子产生的效果显示波动性；个别光子产生的效果显示粒子性波长短的光粒子性显著，波长长的光波动性显著当光和其他物质发生相互作用时表现为粒子性，当光在传播时表现为波动性1(5)光波不同于宏观观念中那种连续的波，它是表示大量光子运动规律的一种概率波(1)一切运动的物体都具有波粒二象性h粒子的波动性＜(2)物质波波长九=—P(3)物质波既不是机械波，也不是电磁波，而是概率波周次：第3周 序号:11 主备人：刘飞h不确定性关系：AxAp>4L,Ax表示粒子位置的不确定量，Ap表示粒子在x方向上的动量的不确定量．电子云：电子在原子核外空间出现的概率大小的形象表示．【典型例题】类型一、粒子的波动性例1．科学研究表明：能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律．从科学实践的角度来看，迄今为止，人们还没有发现这些守恒定律有任何例外．相反，每当在实验中观察到似乎是违反守恒定律的现象时，物理学家们就会提出新的假设来补救，最后总是以有新的发现而胜利告终．如人们发现，两个运动着的微观粒子在电磁场的相互作用下，两个粒子的动量的矢量和似乎是不守恒的．这时物理学家又把动量的概念推广到了电磁场，把电磁场的动量也考虑进去，总动量就又守恒了．现有沿一定方向运动的光子与一个原来静止的自由电子发生碰撞后自由电子向某一方向运动，而光子沿另一方向散射出去．这个散射出去的光子与入射前相比较，其波长 （填“增大”“减小”或“不变”）．【思路点拨】光子具有动量且与其他物质相互作用时，动量守恒。【变式】有关光的本性，下列说法正确的是（）．光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性由于光既具有波动性，又有粒子性，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例2．在光的双缝干涉实验中，在光屏上放上照相底片，并设法减弱光的强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，分别在曝光时间不长和足够长的情况下，实验结果是（）．若曝光时间不长，则底片上出现一些无规则分布的点若曝光时间足够长，则底片上出现干涉条纹实验结果表明光具有波动性实验结果表明光具有粒子性【变式】科学家设想未来的宇航事业中利用太阳帆来加速星际飞船，设该飞船所在地每秒每单位面积接收到的光子数为n，光子平均波长为九，太阳帆面积为S，反射率100%，设太阳光垂直射到太阳帆上，飞船总质量为m.（1） 求飞船加速度的表达式（光子动量p二h/九）.（2） 若太阳帆是黑色的，飞船的加速度又为多少？朝阳四高中高二物理导学案

年级：高二科目：物理

周次：第3周 序号:11 主备人：刘飞例3．我们能感知光现象是因为我们接收到了一定能量的光．一个频率是106Hz的无线电波的光子的能量是多大？一个频率为6X104HZ的绿色光子和一个频率为1018Hz的Y光子的能量各是多大？请结合以上光子能量的大小，从概率波的角度说明：为什么低频电磁波的波动性显著而高频电磁波的粒子性显著？举一反三:【变式】20世纪20年代，剑桥大学学生G•泰勒做了一个实验.在一个密闭的箱子里放上小灯泡、熏黑的玻璃、狭缝、针尖、照相底片，整个装置如图所示，小灯泡发出的光通过熏黑的玻璃后变得十分微弱，经过三个月的曝光，在底片上针尖影子周围才出现非常清晰的衍射条纹，泰勒对此照片的平均黑度进行测量，得出每秒到达底片的能量是5X1旷13J.假设起作用的光波长约为500nm，计算从一个光子到达和下一个光子到达所相隔的平均时间，及光束中两邻近光子之间的平均距离；如果当时实验用的箱子长为1.2m,根据(1)的计算结果，能否找到支持光是概率波的证据？类型二、不确定关系例4.关于物质波，下列认识错误的是( ).任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波周次：第3周序号:11 主备人：刘飞~~B.X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的宏观物体尽管可以看做物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象举一反三:【变式】关于物质波，下列说法正确的是().速度相等的电子和质子，电子的波长大动能相等的电子和质子，电子的波长小动量相等的电子和中子，中子的波长小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倍例5.—质量为450g的足球以10m/s的速度在空中飞行；一个初速度为零的电子，通过电压为100V的电场加速试分别计算它们的德布罗意波长，其中，电子质量为9.1x10—31kg，普朗克常量h二6.63xl0-34j.s.举一反三:【变式】质量为10g，速度为300m/s在空中飞行的子弹，其德布罗意波长是多少？为什么我们无法观察出其波动性？如果能够用特殊的方法观察子弹的波动性，我们是否能够看到子弹上下或左右颤动着前进，在空中描绘出正弦曲线或其他周期性曲线？为什么？h例7.已知一=5.3x10-35J.s，试求下列情况