第十七章 波粒二象性全章教学案

1、选修35 第十七章教学案(1)课题: 17.1 能量量子化主备人： 教学目标：1、了解黑体和黑体辐射的实验规律。2、体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。教学内容：一黑体与黑体辐射1热辐射：周围的一切物体都在辐射 ，这种辐射与物体的 有关，所以叫做热辐射。特性：2绝对黑体（简称黑体）：某种物体能够 吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是 ，简称 。一般材料的物体，辐射的电磁波除与 有关，还与 的种类及 状况有关。3黑体辐射的实验规律黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的 有关。随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有 。另一方面，辐射强度的极大值向波长较 的方向

2、移动。二能量量子化1普朗克能量量子化假说：(能量子概念)普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能时，只能辐射和吸收某个最小能量值的 。即：能的辐射或者吸收只能是 。这个不可再分的最小值叫做 。2能量子公式：=h，其中是电磁波的频率，h称为 常量。h= 。3能量的量子化：在微观世界中能量是 的，或者说微观粒子的能量是 的，这种现象叫能量的量子化。4量子化假说的实验证实5普朗克能量量子化假说的意义例题分析：1对黑体辐射电磁波的波长分布有影响的是（ ）A温度 B材料 C表面状况 D质量2.光是一种电磁波，可见光的波长的大致范围是400700nm.400nm、700nm电磁辐射的能量子的值是多少？3.根据课

3、本中的黑体辐射规律图(图17.1-2)可知（ ）A随温度升高，各波长的辐射强度都增加B随温度降低，各波长的辐射强度都增加C随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动随堂训练：1.以下宏观概念，哪些是“量子化”的？ （ ）A物体的长度 B物体所受的重力C物体的动能 D人的个数3某红光的波长为6.3510-7m,求其能量子的值。作业1学号 姓名 .1、关于热辐射，下列说法正确的是 （ ）A.物体辐射红外线称为热辐射B.当物体温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强C.一切物体都在辐射电磁波D.借助电磁波传递能量的方式称为热辐射2、关于黑体辐

4、射，下列说法正确的是 （ ）A.非常黑的物体称为黑体B.黑色的物体只会吸收电磁波，不会向外辐射热量C.黑体对电磁波的吸收能力强，而反射和辐射电磁波的能力较弱D.黑体的温度升高时，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动3、下列说法正确的是 （ ）A.辐射是热传递的一种方式，物体温度越高，热辐射强度越大B.黑体的温度越高，辐射的电磁波波长越短，强度越大C.红色物体对红光反射能力较强D.辐射源的辐射强度与该物体的表面性质、材料、黑暗程度和温度有关4、下列有关普朗克的能量子假说的说法中，正确的是 （ ）A.普朗克认为带电微粒辐射或吸收能量时，只能一份一份地辐射或吸收B.普朗克的能量子假说与黑体辐射的实验

5、结果符合得非常好C.普朗克的能量子假说打破了电磁波能量只能连续传递的传统观念D.普朗克通过对黑体辐射的研究，深刻地认识到微观物质世界的量子化性质5、关于热辐射中能量子的能量，下列说法正确的是 （ ）A. 能量子的能量跟它在真空中的波长成正比B. 能量子的能量跟它在真空中的波长成反比C. 能量子的能量跟物体的速度平方成正比D.以上说法都不正确6、试求的无线电波和900nm的紫外线的能量子的能量之比。7、有关资料表明，目前市面上使用的CDMA手机，其工作时平均辐射功率为1W，如果某CDMA手机发射的主频为，试估算该手机工作时在1s内发射的能量子数。（取普朗克常量）选修35 第十七章教学案(2)课题

6、: 17.2 光的粒子性主备人： 教学目标：1. 理解光电效应的实验规律及光电效应与电磁理论的矛盾. 2. 理解爱因斯坦的光子说及光电效应的解释, 了解光电效应方程, 并会用来解决简单问题.教学内容：一.光电效应1.光电效应 2.光电效应的规律 (1)研究光电效应的电路图(2)光电效应的实验规律 3.光电效应解释中的疑难 (1)逸出功 (2)光电效应与光的电磁理论的矛盾 矛盾之一: 矛盾之二: 二.爱因斯坦光电效应方程1.光子说 2.光电效应方程 (1)最大初动能(2)光电效应方程 3.光子说对光电效应规律的解释例题分析例1. 光电效应实验的装置如图所示, 则下面说法中正确的是（ ） A.用紫

7、外光照射锌板, 验电器指针会发生偏转 B.用绿色光照射锌板, 验电器指针会发生偏转C.锌板带的是负电荷D.使验电器指针发生偏转的是正电荷例2.入射光照射到某金属表面上发生光电效应, 若入射光的强度减弱, 而频率保持不变, 那么( ) A.从光照至金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加 B.逸出的光电子的最大初动能将减小C.单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减小D.有可能不发生光电效应例3.铝的逸出功是4.2eV, 现在将波长200nm的光照射铝的表面.(1)求光电子的最大初动能; (2)求遏止电压; (3)求铝的截止频率.例4.密立根的实验的目的是: 测量金属的遏止电压UC与入射

8、光频率 , 由此算出普朗克常数h , 并与普朗克根据黑体辐射得出的h相比较, 以检验爱因斯坦方程式的正确性. 实验结果是两种方法得出的普朗克常数h在0.5%的误差范围内是一致的. 下表是某次实验中得到的某金属的UC和的几组对应数据.UC/V 0.541 0.637 0.714 0.809 0.878/1014Hz 5.644 5.888 6.098 6.303 6.501试作出UC-图象并通过图象求出: (1)这种金属的截止频率;(2)普朗克常量.随堂训练：1.一束绿光照射某金属发生了光电效应, 则下列说法正确的是 ( )A.若增加绿光的照射强度, 则单位时间内逸出的光电子数增加B.若增加绿光

9、的照射强度, 则逸出的光电子最大初动能增加C.若改用紫光照射, 则可能不会发生光电效应D.若改用紫光照射, 则逸出的光电子的最大初动能增加2.用同一束单色光, 在同一条件下, 先后照射锌片和银片, 都能产生光电效应, 在这两个过程中, 对下列四个量, 一定相同的是_ , 可能相同的是_ , 一定不相同的是 .A.光子的能量 B.金属的逸出功 C.光电子动能 D.光电子最大初动能作业2学号 姓名 .1.用两束频率相同、强度不同的紫外线分别照射两种金属的表面, 均能产生光电效应, 那么( ) A.两束光的光子能量相同B.两种情况下单位时间内逸出的光电子个数相同C.两种情况下逸出的光电子的最大初动能

10、相同D.两种情况下逸出的光电子的最大初动能不同2.激光的主要特点之一是它的瞬时功率很大, 设P表示激光功率, 表示激光波长, 则激光器每秒射出的光子数( ) A. B. C. D. Phc3.关于光电效应的规律, 下列说法中正确的是 ( ) A.只有入射光的波长大于该金属的极限波长, 光电效应才能产生 B.光电子的最大初动能跟入射光强度成正比 C.发生光电效应的反应时间一般都大于10-9s D.发生光电效应时, 单位时间内从金属内逸出的光电子数目与入射光强度成正比4.某金属的逸出功为2.3eV, 这意味着 ( )A.这种金属内部的电子克服原子核引力做2.3eV的功即可脱离表面B.这种金属表层的

11、电子克服原子核引力做2.3eV的功即可脱离表面C.要使这种金属有电子逸出, 入射光子的能必须大于或等于2.3eVD.这种金属受到光照射时若有电子逸出, 则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3eV5.颜色不同的a光和b光由介质射向空气时, 临界角分别为Ca和Cb , 且CaCb , 当用a光照射某种金属时发生了光电效应, 现改用b光去照射, 可以断定 ( )A.不一定能发生光电效应 B.光电子数目增多C.光电子的最大初动能增大 D.光电子数目减少6.三种不同的入射光A、B、C分别射在三种不同的金属a、b、c表面, 均恰可使金属逸出光电子, 若入射光的波长ABC , 则( ) A.用入射光A照射

12、金属b或c , 金属b、c均可发生光电效应现象B.用入射光A、B同时照射金属c , 金属c可发生光电效应现象C.用入射光C照射a或b, 金属a、b均可发生光电效应现象D.用入射光B或C照射金属a , 均可使金属a发生光电效应现象7.对光电效应的解释正确的是 ( )A.金属内的每个电子要吸收一个或一个以上的光子,当它积累的能量足够大时, 就能逸出电子B.如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功, 就不能发生光电效应C.发生光电效应时, 入射光越强, 光子的能量就越大, 光电子的最大初动能就越大D.由于不同金属的逸出功是不相同的, 因此使不同金属产生光电效应的入射

13、光的最低频率也不同8.A、B两束不同频率的光波均能使某金属发生光电效应, 如果产生光电流的最大值分别为IA、IB , 且IAB B.照射光的光子能量EAEBC.单位时间内照射到金属板的光子数NANB D.照射光的频率AB9.频率为的光照射某种金属材料, 产生光电子的最大初动能为Ek , 若以频率为2的光照射同一金属材料, 则光电子的最大初动能是 ( ) A. 2Ek B. Ek+h C. Ekh D. Ek+2h10.如图所示为一光电管电路, 滑动变阻器触头位于ab上某点, 用光照射光电管阴极, 电表无偏转, 要使电表指针偏转, 可采取的措施有 ( )A. 加大照射光的强度B. 换用波长短的光

14、照射C. 将P向b滑动D. 将电源正、负极对调11.氦氖激光器发射波长为6.328的单色光, 试计算这种光的一个光子的能量为多少? 若该激光器的发光功率为18mW , 则每秒钟发射多少个光子?选修35 第十七章教学案(3)课题: 康普顿效应 光的波粒二象性主备人： 教学目标：1.了解康普顿效应及光子的动量. 2.知道光具有波粒二象性, 区分光的波动性和微粒性. 3.知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性, 掌握波长=h/P的应用.教学内容：一.康普顿效应 1.光的散射 2.康普顿效应 3.光子说对康普顿效应的解释 4.光子的动量为: 二.粒子的波动性 1.物质波 2.物质波的实验验证 三.光的波

15、粒二象性例题分析：例1：若一个光子的能量等于一个电子的静能量, 试问该光子的动量和波长是多少? 在电磁波谱中它属于何种射线?例2.一质量为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.例3.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例4.下列说法正确的是 ( )A.有

16、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.射线具有显著的粒子性, 而不具有波动性随堂训练：1.对光的认识, 以下说法正确的是 ( )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2.质量为60kg的运动员, 百米赛跑的成绩为10s , 试估算运动员的德布罗意

17、波的波长.作业3学号 姓名 .1.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2.下列说法中正确的是 ( ) A.光的干涉和衍射现象说明光具有波动性 B.光的频率越大, 波长越长 C.光的波长越大, 光子的能量越大D.光在真空中的传播速度为3.0108m/s3.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,

18、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4.有关光的本性, 下列说法正确的是 ( ) A.光既具有波动性, 又具有粒子性, 这是互相矛盾和对立的 B.光的波动性类似于机械波, 光的粒子性类似于质点 C.大量光子才具有波动性, 个别光子只具有粒子性 D.由于光既有波动性, 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5.能够证明光具有波粒二象性的现象是 ( ) A.光的反射及小孔成像B.光的干涉, 光的衍射, 光的色散 C.光的折射及透镜成像D.光的干涉, 光的衍射和光电效应6.下列说法中正确的是 ( ) A.光的

19、波粒二象性学说就是牛顿的微粒说加上惠更斯的波动说组成的 B.光的波粒二象性彻底推翻麦克斯韦的电磁理论 C.光子说并没有否定电磁说, 在光子的能量=h 中, 表示波的的特性, 表示粒子的特性7.下列关于物质波的认识, 正确的是 ( ) A.任何一个物体都有一种波和它对应, 这就是物质波 B. X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.物质波是一种概率波8.一个电子和一个质子具有同样的动能时, 它们的德布罗意波长哪个大?9.中子的质量m=1.6710-27kg , 如果它以v=1.0103m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

20、当.10.一个带电荷量为单位电荷的粒子, 经206v的加速电压由静止加速后, 它的德布罗意波长为0.002nm , 试求这个粒子的质量.选修35 第十七章教学案(4)课题: 17.4 概率波17.5不确定性关系主备人： 教学目标：1.了解经典的粒子和经典的波的基本特征. 2.知道光波和物质波都是概率波. 3.了解“不确定性关系”的具体含义. 教学内容：一.概率波1.经典的粒子和经典的波(1)经典物理学中粒子运动的基本特征(2)经典的波的特征2.概率波(1)光波是概率波(2)物质波也是概率波二.不确定性关系1.位置和动量的不确定关系 h : 普朗克常量2.物理模型和物理现象例题分析：例1.在单缝

21、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例2.下列各种波是概率波的是（ ） A声波 B无线电波C光波D物质波例3.如图所示是双缝干涉的图样, 我们如何用光的波粒二象性来解释呢? a 28个光子 b 1000个光子 c 10000个光子 双缝干涉图样例4.已知=5.310-35 Js , 试求下列情况中速度测定的不确定量, 并根据计算结果, 讨论在宏观和微观世界中进行测量的不同情况.(1)一个球的质量m=1.0kg , 测定其位置

22、的不确定量为10-6m.(2)电子的质量为me=9.010-31kg , 测定其位置的不确定量为10-10m (即在原子的数量级)随堂训练：1.关于光的性质, 下列叙述中正确的是 ( )A.在其他同等条件下, 光的频率越高, 衍射现象越容易看到B.频率越高的光, 粒子性越显著, 频率越低的光, 波动性越显著C.大量光子产生的效果往往显示出波动性, 个别光子产生的效果往往显示出粒子性D.如果让光子一个一个地通过狭缝时, 它们将严格按照相同的轨道和方向做极有规则的匀速直线运动2.为了验证光的波粒二象性, 在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片, 并设法减弱光的强度, 下列说法正确的是 ( )A.使光子

23、一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝, 如果时间足够长, 底片上将出现双缝干涉图样B.使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝, 如果时间很短, 底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C.大量光子的运动显示光的波动性D.个别光子的运动显示光的粒子性3.一个物体测定其位置的不确定量为10-5m , 这个物体动量测定的不确定量为_. (已知=5.310-35Js)作业4学号 姓名 .1.关于经典的粒子和经典的波, 下列说法中正确的是 ( ) A.经典粒子的运动遵从牛顿定律 B.经典的波具有频率和波长, 具有时空的周期性 C.任意时刻的确定位置和速度以及时空中运动的确定轨道是经典粒子的基本特征 D.我

24、们也可以用概率波的波动方程描给出运动粒子的轨迹2.由不确定关系可以得出的结论是 （ ） A如果动量的不确定范围越小，则与之对应的坐标的不确定范围就越大 B如果坐标的不确定范围越小，则动量的不确定范围就越大C动量的不确定范围和与之对应的坐标的不确定范围不成反比关系来源:学#科#网D动量的不确定范围和与之对应的坐标的不确定范围有唯一确定的关系3.在宏观世界中相互对立的波动性和粒子性, 在光的本性研究中却得到了统一, 下列关于光的波粒二象性的叙述中, 正确的是 ( )A.光是电磁波不是概率波B.光在传播时表现出波动性, 而在跟物质作用时表现出粒子性C.大量光子产生的效果显示出波动性, 个别光子产生的

25、效果展示出粒子性D.光子的粒子性明显, 是由于其频率高、能量大, 现代仪器易观察到个别粒子的活动4.下列说法中错误的是 ( ) A.概率波不具有时空周期性 B.两列光波干涉时的振动加强点说明光子到达该点的概率比较大 C.电子做单缝衍射时, 到达单缝之前表现为粒子性, 穿过单缝后表现为波动性 D.子弹穿过一个比子弹稍大一点的小孔时会发生明显的衍射现象5.关于电子的运动, 下列说法中正确的是 ( ) A.电子按一定的轨道绕原子核运动 B.电子云的疏密表示电子运动时在该处出现概率的大小 C.两个运动的电子相遇时会因碰撞改变运动方向, 不符合波的传播特性, 故电子不具有波动性D.电子的干涉、衍射是大量

26、电子运动的表现6.在光的单缝衍射实验中, 假设只让少量几个光子通过单缝, 那么这些光子( ) A.不可能落在理论上的暗纹处 B.可能全部落在理论上的暗纹处 C.一定有光子落在理论上的亮纹处 D.落在中央亮纹处的可能性最大7.关于不确定性关系, 下列说法中正确的是 ( ) A.由于不确定性关系, 用牛顿定律确定示波器中带电粒子通过偏转电场后打到荧光屏上的位置是没有实际意义的 B.根据不确定性关系, 我们不可能同时准确地知道单个运动的微观粒子的位置和动量 C.只有大量微观粒子通过挡板上的狭缝时, 我们才能确定这些粒子通过狭缝后落在屏上某点的概率 D.当只有少量微观粒子通过挡板上的狭缝时, 无法确定

27、粒子通过狭缝后落在屏上某点的概率8.如图所示为光的单缝衍射在坐标系中光强与位置的关系示意图, 下列说法中正确的( ) A.光子必定从狭缝中心线通过 B.狭缝越宽, 光子在x轴上的动量分量px就越小 C.屏上光强最大处必然是光子动量最大处 D.光子通过狭缝时位置的不确定量等于狭缝的宽度a 9.电子做单缝衍射时 ( ) A.某电子通过单缝后, 射到屏上的位置是不确定的 B.不确定性关系说明电子在发生单缝衍射时, 射到屏上的某点的概率是不确定的 C.只要狭缝足够小, 电子通过狭缝时的位置和动量就都确定了 D.狭缝越小, 电子通过狭缝时沿x轴动量分量的不确定量就越大10.关于物理模型和物理现象, 下列

28、说法中正确的是 ( ) A.用不确定关系来计算导弹命中目标的概率, 会更可靠些 B.研究导弹飞行时可把导弹看做质点, 用牛顿定律来确定它的飞行轨道是足够准确的 C.由于光子的波动性, 我们不能用牛顿定律来同时确定光子的位置和动量 D.质子是微观粒子, 有时我们也可以把它看做经典粒子, 用牛顿定律来确定质子在电场中的行为选修35 第十七章教学案(5)课题: “波粒二象性”单元复习主备人： 知识结构图示:能量的量子化光的粒子性波粒二象性转化吸收光子波 黑体与黑体辐射 普朗克假设 光电效应 康普顿效应 光子的动量 光子的波动性: 光波是概率波 粒子的波动性 不确定性关系: 例题分析：例1.对于光的波

29、粒二象性的说法中, 正确的是（ ）A.一束传播的光, 有的光是波, 有的光是粒子B.光子和电子是同样的一种粒子, 光波与机械波是同样的一种波C.光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的D.光是一种波, 同时也是一种粒子, 光子说并未否定电磁说, 在光子能量E=hv中, 仍表现出波的特性例2.关于光电效应, 下列说法正确的是 （ ）A.光电子的最大初动能与入射光的频率成正比B.光电子的动能越大, 光电子形成的电流强度就越大C.光子本身所具有能量取决于光子本身的频率D.用紫光照射某金属发生光电效应, 用绿光照射该金属一定不发生光电效应Ek/eVv例3.在做光电效应的实验时, 某金属被光照射发生了光

30、电效应, 实验测得光电子的最大动能Ek与入射光的频率的关系如图所示, 由实验图可求出 （ ）A.该金属的限频率和极限波长 B.普朗克常量C.该金属的逸出功 D.单位时间逸出的光电子数例4.如图所示是光电管使用原理图, 则 （ ）A.该装置可以实现光信号与电信号的转变B.如果灵敏电流表不显示读数, 可能是因为入射光频率过低C.如果把电源反接, 电流表示数肯定为零D.如果断开开关S , 电流表示数不一定为零例5.一束细平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的三束光, 分别照射到相同的金属板a、b、c上, 如图所示, 已知金属板b有光电子放出, 则可知 （ ）A.板a一定不能放出光电子 B.板a一定放出光电子C.板c一定不能放出光电子 D.板c一定放出光电子例6.如图所示, 阴极K用极限波长0=0.66m的金属铯制成, 用波长=0.50m的绿光照射阴极K , 调整两个极板电压, 当A板电压比阴极高出2.5V时, 光电流达到饱和, 电流表示数为0.64A , 求:(1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能.(2)如果把照射阴极绿光的光强增大为原来的2倍, 每秒钟阴极发射的光电子和光电子飞出阴极的最大初动能.