《17.3公开课粒子的波动性.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《17.3公开课粒子的波动性.ppt（26页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、波粒二象性波粒二象性17.3 17.3 粒子的波动性粒子的波动性 了解光既具有波动性，又具有粒子性。知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性。知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。教学目标粒子性波动性（具有能量）（具有频率）（具有动量）hh架起了粒子性与波动性之间的桥梁架起了粒子性与波动性之间的桥梁（具有波长）光是一种电磁波，具有波长和频率，同时是一种粒子，即光子，因此光具有波粒二象性一、光的波粒二象性一、光的波粒二象性一、光的波粒二象性一、光的波粒二象性 法国物理学家，法国物理学家，德布罗意原来学习历德布罗意原来学习历史，后来改学理论物史，后来改学理论物理学。他善于用历史理学。他善于用历史的观点，
2、用对比的方的观点，用对比的方法分析问题。法分析问题。1929年诺贝尔物年诺贝尔物理学奖获得者，波动理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的创始人，量子力学的奠基人之一。力学的奠基人之一。普朗克二、粒子的波动性二、粒子的波动性二、粒子的波动性二、粒子的波动性 德布罗意写道：德布罗意写道：“整个整个1919世纪以来世纪以来在光学上，与波动方面的研究相比，忽在光学上，与波动方面的研究相比，忽视了粒子方面的研究；而在实物粒子的视了粒子方面的研究；而在实物粒子的研究上，是否发生了相反的错误呢？是研究上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们吧粒子方面的图像想的太多，不是我们吧粒子方面的图像想的太多，而忽视
3、了波的现象？而忽视了波的现象？”1、粒子波动性的假设、粒子波动性的假设 1923年，德布罗意最早想到了这个问题，年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设想，对于光子的波粒二象性会并且大胆地设想，对于光子的波粒二象性会不会也适用于实物粒子。不会也适用于实物粒子。提出：实物粒子也具有波动性提出：实物粒子也具有波动性 实物粒子：静止质量不为零的那些微观粒子实物粒子：静止质量不为零的那些微观粒子 这种与实物粒子相联系的波后来称为这种与实物粒子相联系的波后来称为徳徳布罗意波布罗意波，也叫，也叫物质波物质波2、德布罗意波关系式、德布罗意波关系式：一个能量为一个能量为E、动量为、动量为p 的实物粒子同时
4、的实物粒子同时具有波动性粒子性，该具有波动性粒子性，该粒子波长和频率：粒子波长和频率：一切实物粒子都有波动性一切实物粒子都有波动性大量实验都证实了：大量实验都证实了：质子、中子和原子、分子等质子、中子和原子、分子等实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布洛意实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布洛意关系关系既然实物粒子具有波动性，那么一颗子弹、一个足球既然实物粒子具有波动性，那么一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？有没有波动性呢？质量质量m=0.01kg，速度，速度v=300m/s的子弹的德布洛意的子弹的德布洛意波长为波长为计算结果表明，子弹的波长小到实验难以测量的计算结果表明，子弹的波长小到实验
5、难以测量的程度。所以，宏观物体只表现出粒子性。程度。所以，宏观物体只表现出粒子性。例例题题：估估算算一一个个中中学学生生在在跑跑百百米米时时的的德德布布罗罗意波的波长意波的波长解：一个中学生的质量解：一个中学生的质量m50kg，百米跑时速度，百米跑时速度v7m/s，则，则例题：电子例题：电子m=9.1 10-31Kg，速度，速度v=5.0 107m/s,对对应的德布罗意波长为：应的德布罗意波长为：微观粒子具有较大的波长，可以显示出明显的波动性微观粒子具有较大的波长，可以显示出明显的波动性宏观物体的波长小到实验难以测量的程度。所以，宏观宏观物体的波长小到实验难以测量的程度。所以，宏观物体只表现出
6、粒子性物体只表现出粒子性 宏观物体的波长比微观粒子的波长小宏观物体的波长比微观粒子的波长小得多，这在生活中很难找到能发生衍射得多，这在生活中很难找到能发生衍射的障碍物，所以我们并不认为它有波动的障碍物，所以我们并不认为它有波动性作为微观粒子的性作为微观粒子的电子电子，其，其德布罗意德布罗意波波长为波波长为1010m数量级数量级，找与之相匹配，找与之相匹配的障碍物也非易事的障碍物也非易事三、物质波的实验验证三、物质波的实验验证三、物质波的实验验证三、物质波的实验验证 1、电子衍射实验、电子衍射实验 电子束在穿过细晶体粉末或薄金属片电子束在穿过细晶体粉末或薄金属片后，也象后，也象X射线一样产生衍射
7、现象射线一样产生衍射现象屏屏 P P多晶薄多晶薄膜膜高压高压栅极栅极阴极阴极 1927年年G.P.汤姆逊（汤姆逊（J.J.汤姆逊之子）汤姆逊之子）也独立也独立完成了电子衍射实验。与完成了电子衍射实验。与C.J.戴维森共获戴维森共获1937年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。电子束穿过铝箔后的衍射图像电子束穿过铝箔后的衍射图像除了电子以外，后来还陆除了电子以外，后来还陆续证实了质子，中子，以续证实了质子，中子，以及原子的波动性。及原子的波动性。课堂小结光是一种波，同时也是一种粒子，光光是一种波，同时也是一种粒子，光具有具有波粒二象性波粒二象性光子的能量与动量之间的关系：光子的能量与动量之间的关系
8、：两式的物理量两式的物理量和和p p描述光的粒子性，描述光的粒子性，和和描述光的波动性。描述光的波动性。实物粒子也具有波动性：实物粒子也具有波动性：一个能量为一个能量为E E、动量为、动量为 p p 的实物粒子同的实物粒子同时具有波动性，时具有波动性，动量为动量为 P P 的粒子波长：的粒子波长：这种与实物粒子相联系的波后来称这种与实物粒子相联系的波后来称为为德布罗意波德布罗意波，也叫，也叫物质波。物质波。教材习题解答 1、光的干涉和衍射说明光具有波动性，光、光的干涉和衍射说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，因电效应和康普顿效应说明光具有粒子性，因此，光具有波粒二象性。此，
9、光具有波粒二象性。2、电子的徳布罗意波长大。、电子的徳布罗意波长大。3、答：不会，因为宏观的子弹质量速度、答：不会，因为宏观的子弹质量速度大，动量大，徳布罗意波长小。大，动量大，徳布罗意波长小。1.关于物质波，下列说法正确的是关于物质波，下列说法正确的是()A.速度相等的电子和质子，电子的波长长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甲电子速度是乙电子的3倍，甲电子的波长也倍，甲电子的波长也是乙电子的是乙电子的3倍倍A当堂检测 2在光
10、电效应实验中，如果需要在光电效应实验中，如果需要增大光电子到达阳极时的速度，可采增大光电子到达阳极时的速度，可采用哪种方法？（用哪种方法？（）A增加光照时间增加光照时间B增大入射光的波长增大入射光的波长C增大入射光的强度增大入射光的强度D增大入射光频率增大入射光频率D 当堂检测3.关于光的波粒二象性的理解，正确的是关于光的波粒二象性的理解，正确的是()D 当堂检测A.A.大量的光子中有些光子表现出波动性，有大量的光子中有些光子表现出波动性，有些光子表现出粒子性些光子表现出粒子性B.B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子转变成粒子C.C.高频光是粒
11、子，低频光是波高频光是粒子，低频光是波D.D.波粒二象性是光的属性，有时它的波动性波粒二象性是光的属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著显著，有时它的粒子性显著当堂检测4能使金属钠产生光电效应的单色光的极能使金属钠产生光电效应的单色光的极限频率是限频率是6.01014Hz根据能量守恒，用频根据能量守恒，用频率是率是7.01014Hz的紫光照射金属钠，产生光的紫光照射金属钠，产生光电子的最大初动能是电子的最大初动能是_J6.6310-20 自主学习：自主学习：1.1.光既具有光既具有 性，有具有性，有具有 性。性。即光具有波粒二象性。即光具有波粒二象性。2.2.哪些物理量是描述物质的粒子性
12、典型物理量，哪哪些物理量是描述物质的粒子性典型物理量，哪些物理量是描述物质的波动性的典型物理量。些物理量是描述物质的波动性的典型物理量。3.3.3.3.实物粒子既具有实物粒子既具有实物粒子既具有实物粒子既具有 性，也具有性，也具有性，也具有性，也具有 性。性。性。性。4.4.4.4.谁最先提出粒子波动性的假设？谁最先提出粒子波动性的假设？谁最先提出粒子波动性的假设？谁最先提出粒子波动性的假设？5.5.5.5.德布罗意波关系式德布罗意波关系式德布罗意波关系式德布罗意波关系式?6.6.6.6.了解物质波的实验验证。了解物质波的实验验证。了解物质波的实验验证。了解物质波的实验验证。对于光的行为，下列
13、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，大量光子的行为表现为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现明显，在另外某种场合下，光的粒子性表
14、现明显类型一类型一类型一类型一对光的波粒二象性的理解对光的波粒二象性的理解例例例例1 1ABD分析：光的波粒二象性是光具有波动性，又具有粒子性。有分析：光的波粒二象性是光具有波动性，又具有粒子性。有时波动性更明显，有时粒子性更明显。但波动性和粒子性是时波动性更明显，有时粒子性更明显。但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质。不可分割的，是从不同角度所观察到的不同性质。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光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越光的波长越长，其
15、波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著显著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：选解析：选C.光同时具有波动性和粒子性，只是在有的情况下波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，有的情况下粒子性更显著波长越长，波动性就动性更显著，有的情况下粒子性更显著波长越长，波动性就更显著，粒子性就越不明显，波长越短，粒子性就更显著，波更显著，粒子性就越不明显，波长越短，粒子性就更显著，波动性就越不明显，只有动性就越不明显，只有C选项正确选项正确变式训练变式训练变式训练变式训练C类型二类型二类型二类型二对物质波的理解对物质波的理解例例例例2 2下列说法正
16、确的是下列说法正确的是()A物质波属于机械波物质波属于机械波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、太阳都具有一种波和它对应，这种波叫做物质波到行星、太阳都具有一种波和它对应，这种波叫做物质波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运动时不具有波动性分析：分析：物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不物质波是一切运动着的物体
17、所具有的波，与机械波性质不同，宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显同，宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显。【点评】【点评】(1)一切运动的物体都具有波动性；一切运动的物体都具有波动性；(2)物质波与机械波性质不同；物质波与机械波性质不同；(3)宏观物体质量大动量大，波长极小，难观测，但不能认为没宏观物体质量大动量大，波长极小，难观测，但不能认为没有波动性有波动性C1根据物质波理论，以下说法中正确的是根据物质波理论，以下说法中正确的是()A微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B宏观物体和微观粒子都具有波动性宏观物体和微观粒子都具有波动性C
18、宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长D速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显变式训练变式训练变式训练变式训练选项选项分析过程分析过程结果结果A一切运动的物体都有一种物质波与它对应，所一切运动的物体都有一种物质波与它对应，所以宏观物体和微观粒子都具有波动性以宏观物体和微观粒子都具有波动性错错B对对C宏观物体的物质宏观物体的物质质量大、动量大，质量大、动量大，波波的的波长很波长很短，不易观察到它的波动性短，不易观察到它的波动性。错错D速度相同的质子与电子相比，电子质量小，物速度相同的质
19、子与电子相比，电子质量小，物质波波长更长，所以电子波动性更明显质波波长更长，所以电子波动性更明显。对对类型三类型三类型三类型三德布罗意波长的计算方法德布罗意波长的计算方法电子经电势差为电子经电势差为U220 V的电场加速，在的电场加速，在vc的情况下，的情况下，求此电子的德布罗意波长求此电子的德布罗意波长(已知：电子质量为已知：电子质量为9.111031 kg，电子电荷量为，电子电荷量为1.61019C)例例例例3 3解：解：分析分析:1.利用动能定理求速度，利用动能定理求速度，2.物质波波长公式求波长物质波波长公式求波长一个质量为一个质量为m的实物粒子以速率的实物粒子以速率v 运动时，即具有以能运动时，即具有以能量量E和动量和动量P所描述的粒子性，同时也具有以频率所描述的粒子性，同时也具有以频率n n和波长和波长l l所描述的波动性所描述的波动性。德布罗意关系德布罗意关系如速度如速度v=5.0 102m/s飞行的子飞行的子弹，质量为弹，质量为m=10-2Kg，对应的对应的德布罗意波长为：德布罗意波长为：如电子如电子m=9.1 10-31Kg，速，速度度v=5.0 107m/s,对应的德对应的德布罗意波长为：布罗意波长为：太小测不到！太小测不到！X射线射线波段波段