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1、第三五节光的波粒二象性德布罗意波不确定性关系第三五节光的波粒二象性德布罗意波不确定性关系核核心素养点击心素养点击物理观念物理观念1.了解光的波粒二象性，知道光是一种概率波。了解光的波粒二象性，知道光是一种概率波。2.知道实物粒子具有波动性。知道实物粒子具有波动性。3.了解微观世界的量子化特征。了解微观世界的量子化特征。4.了解光和实物粒子的波粒二象性。了解光和实物粒子的波粒二象性。5.了解不确定性关系，知道其物理意义。了解不确定性关系，知道其物理意义。科学思维科学思维 能通过证据说明实物粒子具有波动性。能通过证据说明实物粒子具有波动性。科学探究科学探究 通过电子衍射实验认识粒子的波动性。通过电
2、子衍射实验认识粒子的波动性。科学态度科学态度与责任与责任体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。一、光的波粒二象性一、光的波粒二象性1填一填填一填(1)光的本性之争光的本性之争英国物理学家牛顿认为光是一英国物理学家牛顿认为光是一种种_。荷荷兰物理学家惠更斯认为光是一兰物理学家惠更斯认为光是一种种_。(2)光的波粒二象性光的波粒二象性光既光既有有_，又又有有_。物理学中把光波看成是一物理学中把光波看成是一种种_。微粒微粒波波粒子性粒子性波动性波动性概率波概率波2判一判判一判(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有
3、波动性。()(2)光子数量越大，其粒子性越明显光子数量越大，其粒子性越明显。()(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子。()3想一想想一想光的波动性与粒子性跟光波频率高低、波长的长短有怎样的关系？光的波动性与粒子性跟光波频率高低、波长的长短有怎样的关系？提提示示：光光波波频率率越越低低，波波长越越长，光光的的波波动性性越越明明显；光光波波频率率越越高高，波波长越短，光的粒子性越明越短，光的粒子性越明显。运动运动德布罗意德布罗意波长波长衍射现象衍射现象2判一判判一判(1)电子不但具有粒子性也具有波动性电子不但具有粒子性也具有波动性。()(2)物
4、质波的波长由粒子的大小决定物质波的波长由粒子的大小决定。()(3)物质波的波长和粒子运动的动量有关物质波的波长和粒子运动的动量有关。()3想一想想一想每每一一个个运运动动的的物物体体都都有有一一个个对对应应的的波波，为为什什么么观观察察不不到到一一粒粒飞飞行行着着的的子子弹弹的的波波动性？动性？提提示示：宏宏观物物体体在在运运动时，我我们观察察不不到到它它们的的波波动性性，但但也也有有一一个个波波与与之之对应，只只是是对应飞行行的的子子弹的的波波的的波波长太太小小了了，所所以以观察察不不到到子子弹的的波波动性性，但但一粒一粒飞行着的子行着的子弹的波的波动性性还是存在的。是存在的。位置位置动量动
5、量3想一想想一想在在微微观观物物理理学学中中，我我们们不不可可能能同同时时准准确确地地知知道道某某个个粒粒子子的的位位置置和和动动量量，那那么么粒子出现的位置是否就是无规律可循的？粒子出现的位置是否就是无规律可循的？提示：提示：粒子出粒子出现的位置的位置还是有是有规律可循的，那就是律可循的，那就是统计规律，比如干涉、衍律，比如干涉、衍射的亮斑位置就是粒子出射的亮斑位置就是粒子出现概率大的位置。概率大的位置。探究探究(一一)光的波粒二象性光的波粒二象性问题驱动问题驱动 如图所示是对光的本质进行研究的两个实验。如图所示是对光的本质进行研究的两个实验。两幅图分别是光什么性质的代表？说明了什么问题？两
6、幅图分别是光什么性质的代表？说明了什么问题？提提示示：甲甲图是是光光电效效应演演示示实验示示意意图，它它是是光光的的粒粒子子性性的的代代表表；乙乙图是是光光的干涉的干涉实验示意示意图，它是光的波，它是光的波动性的代表。两个性的代表。两个实验说明光具有波粒二象性。明光具有波粒二象性。重难释解重难释解1光的粒子性的含义光的粒子性的含义爱爱因因斯斯坦坦光光子子说说中中的的“粒粒子子”与与牛牛顿顿微微粒粒说说中中的的“粒粒子子”是是完完全全不不同同的的概概念念。光光子子是是一份一份的具有能量的粒子，其能量与光的频率有关，光子说并不否定波动说。一份一份的具有能量的粒子，其能量与光的频率有关，光子说并不否
7、定波动说。(1)当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质。当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质。(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光的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。的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。(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，表现出波的性质。在传播时，表现出波的性质。(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
8、波动性和粒子性是统一的，光具有波粒二象性光的波动性和粒子性是统一的，光具有波粒二象性(1)光光的的粒粒子子性性并并不不否否定定光光的的波波动动性性，波波动动性性和和粒粒子子性性都都是是光光的的本本质质属属性性，只只是是在在不同条件下的表现不同。不同条件下的表现不同。(2)只只有有从从波波粒粒二二象象性性的的角角度度，才才能能统统一一说说明明光光的的各各种种表表现现，光光的的波波动动性性和和粒粒子子性性是统一的。是统一的。典例典例1关于光的波粒二象性，下列说法正确的关于光的波粒二象性，下列说法正确的是是()A光的频率越高，衍射现象越容易看到光的频率越高，衍射现象越容易看到B光的频率越低，粒子性越
9、显著光的频率越低，粒子性越显著C大量光子产生的效果往往显示波动性大量光子产生的效果往往显示波动性D光的波粒二象性否定了光的电磁说光的波粒二象性否定了光的电磁说解解析析光光具具有有波波粒粒二二象象性性，波波粒粒二二象象性性并并不不否否定定光光的的电磁磁说，只只是是说某某些些情情况况下下粒粒子子性性明明显，某某些些情情况况下下波波动性性明明显，故故D错误。光光的的频率率越越高高，波波长越越短短，粒粒子子性性越越明明显，波波动性性越越不不明明显，越越不不易易看看到到其其衍衍射射现象象，故故A、B错误。大大量光子的行量光子的行为表表现出波出波动性，个性，个别光子的行光子的行为表表现出粒子性，故出粒子性
10、，故C正确。正确。答案答案C素养训练素养训练1(多多选选)人人类类对对光光的的本本性性的的认认识识经经历历了了曲曲折折的的过过程程。下下列列关关于于光光的的本本性性的的陈陈述述符符合合科科学学规规律或历史事实的律或历史事实的是是()A牛顿的牛顿的“微粒说微粒说”与爱因斯坦的与爱因斯坦的“光子说光子说”本质上是一样的本质上是一样的B光的双缝干涉实验显示了光具有波动性光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C麦克斯韦预言了光是一种电磁波麦克斯韦预言了光是一种电磁波D光具有波粒二象性光具有波粒二象性解解析析：牛牛顿的的“微微粒粒说”认为光光是是一一种种物物质微微粒粒，爱因因斯斯坦坦的的“光光子子说”认为光
11、光是是一一份份一一份份不不连续的的能能量量，选项A错误；干干涉涉、衍衍射射是是波波的的特特性性，光光能能发生生干干涉涉说明明光光具具有有波波动性性，选项B正正确确；麦麦克克斯斯韦根根据据光光的的传播播不不需需要要介介质，以以及及电磁磁波波在在真真空空中中的的传播播速速度度与与光光速速近近似似相相等等从从而而认为光光是是一一种种电磁磁波波，后后来来赫赫兹用用实验证实了了光光的的电磁磁说，选项C正正确确；光具有波光具有波动性与粒子性，称性与粒子性，称为光的波粒二象性，光的波粒二象性，选项D正确。正确。答案：答案：BCD2(多选多选)在验证光的波粒二象性实验中，下列说法正确的在验证光的波粒二象性实验
12、中，下列说法正确的是是()A使光子一个一个地通过狭缝，如果时间足够长，底片上将出现衍射图样使光子一个一个地通过狭缝，如果时间足够长，底片上将出现衍射图样B单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图样单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图样C光子通过狭缝的路线是直线光子通过狭缝的路线是直线D光的波动性是大量光子的运动规律光的波动性是大量光子的运动规律解解析析：单个个光光子子表表现为粒粒子子性性，大大量量光光子子表表现为波波动性性，可可知知A、D正正确确，B错误；光子表；光子表现为波波动性，通性，通过狭狭缝的路的路线是不确定的，是不确定的，C错误。答案：答案：AD探究探究(二二)对对德德布
13、罗意波的理解及波长计算布罗意波的理解及波长计算 问题驱动问题驱动电子穿过铝箔后的衍射图样说明了什么？电子穿过铝箔后的衍射图样说明了什么？提示：提示：说明明电子具有波子具有波动性。性。重难释解重难释解1对物质波的理解对物质波的理解(1)任任何何物物体体，小小到到电电子子、质质子子，大大到到行行星星、太太阳阳都都存存在在波波动动性性，我我们们之之所所以以观观察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的缘故。不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小的缘故。(2)粒粒子子在在空空间间各各处处出出现现的的概概率率受受统统计计规规律律支支配配，不不要要以以宏宏观观观观点点中中的的波波
14、来来理理解解德德布罗意波。布罗意波。(3)德德布布罗罗意意波波假假说说是是光光子子的的波波粒粒二二象象性性的的一一种种推推广广，使使之之包包括括了了所所有有的的物物质质粒粒子子，即即光光子子与与实实物物粒粒子子都都具具有有粒粒子子性性，又又都都具具有有波波动动性性，与与光光子子对对应应的的波波是是电电磁磁波波，与实物粒子对应的波是物质波。与实物粒子对应的波是物质波。将将m11.671027 kg，v1103 m/s，h6.631034 Js，m2104 kg代入上面两式可解得：代入上面两式可解得：14.01010 m，26.631041 m。答案答案4.01010 m6.631041 m素养训
15、练素养训练1(多选多选)以下说法正确的以下说法正确的是是()A宏观粒子也具有波动性宏观粒子也具有波动性B抖动细绳一端，绳上的波就是物质波抖动细绳一端，绳上的波就是物质波C物质波也是一种概率波物质波也是一种概率波D物质波就是光波物质波就是光波解解析析：任任何何物物体体都都具具有有波波动性性，故故A正正确确；对宏宏观物物体体而而言言，其其波波动性性难以以观测，我我们所所看看到到的的绳波波是是机机械械波波，不不是是物物质波波，故故B错误；物物质波波与与光光波波一一样，也也是是一一种种概概率率波波，即即粒粒子子在在各各点点出出现的的概概率率遵遵循循波波动规律律，但但物物质波波不不是是光光波波，故故C正
16、确，正确，D错误。答案：答案：AC2电电子子经经电电势势差差为为U2 000 V的的电电场场加加速速，电电子子的的质质量量m0.91030 kg，求求此此电子的德布罗意波波长，已知普朗克常数电子的德布罗意波波长，已知普朗克常数h6.61034 Js。答案：答案：2.751011 m探究探究(三三)对不确定性关系的理解对不确定性关系的理解问题驱动问题驱动既既然然位位置置与与动动量量具具有有不不确确定定性性，为为什什么么宏宏观观物物体体的的位位置置和和动动量量可可以以同同时时测测量量？提提示示：由由于于普普朗朗克克常常量量是是一一个个很很小小的的量量，对于于宏宏观物物体体来来说，其其不不确确定定性
17、性小小到到无无法法进行行观测，因因此此不不确确定定性性关关系系对宏宏观物物体体是是不不重重要要的的，即即宏宏观物物体体的的位位置置和和动量是可以同量是可以同时确定的。确定的。提提醒醒：不不确确定定性性关关系系不不是是说微微观粒粒子子的的坐坐标测不不准准，也也不不是是说微微观粒粒子子的的动量量测不不准准，更更不不是是说微微观粒粒子子的的坐坐标和和动量量都都测不不准准，而而是是说微微观粒粒子子的的坐坐标和和动量量不不能能同同时测准准。不不确确定定性性关关系系是是自自然然界界的的一一条条客客观规律律，不不是是测量技量技术和主和主观能力的能力的问题。答案：答案：CD一、培养创新意识和创新思维一、培养创
18、新意识和创新思维(选选自自人人教教版版新新教教材材课课后后练练习习)一一个个电电子子和和一一个个质质子子具具有有同同样样的的动动能能时时，它它们们的德布罗意波长哪个大？的德布罗意波长哪个大？答案：答案：电子电子二、注重学以致用和思维建模二、注重学以致用和思维建模1电电子子显显微微镜镜的的最最高高分分辨辨率率高高达达0.2 nm，如如果果有有人人制制造造出出质质子子显显微微镜镜，在在加加速速到到相同的速度情况下，质子显微镜的最高分辨率相同的速度情况下，质子显微镜的最高分辨率将将()A小于小于0.2 nmB大于大于0.2 nmC等于等于0.2 nm D以上说法均不正确以上说法均不正确答案：答案：A
19、2在在中中子子衍衍射射技技术术中中，常常利利用用热热中中子子研研究究晶晶体体的的结结构构，因因为为热热中中子子的的德德布布罗罗意意波波波波长长与与晶晶体体中中原原子子间间距距相相近近。已已知知中中子子质质量量m1.671027kg，普普朗朗克克常常量量h6.631034 Js，可可以以估估算算德德布布罗罗意意波波波波长长1.821010 m的的热热中中子子动动能能的的数量级数量级为为()A1017 J B1019 JC1021 J D1024 J答案：答案：C解解析析：微微观世世界界中中，粒粒子子的的位位置置和和动量量存存在在一一定定的的不不确确定定性性，不不能能同同时准准确确测量量，A正正确确；如如果果同同时测量量某某个个微微观粒粒子子的的位位置置和和动量量，位位置置的的测量量结果果越越精精确确，动量量的的测量量误差差就就越越大大，反反之之，动量量的的测量量结果果越越精精确确，位位置置的的测量量误差差就就越越大大，C错误；不不确确定定性性关关系系是是自自然然界界的的普普遍遍规律律，但但由由于于普普朗朗克克常常量量是是一一个个很很小小的的量量，对宏宏观物体来物体来说，这种不确定性关系可以忽略不种不确定性关系可以忽略不计，B正确。正确。答案：答案：ABD