成才之路成才之路 物理物理路漫漫其修远兮路漫漫其修远兮 吾将上下而求索吾将上下而求索人教版人教版 选修选修3-5 波粒二象性波粒二象性第十七章第十七章第三节粒子的波动性第三节粒子的波动性 第十七章第十七章学习目标定位学习目标定位1课堂情景切入课堂情景切入2知识自主梳理知识自主梳理3重点难点突破重点难点突破4考点题型设计考点题型设计5课课 时时 作作 业业6学习目标定位学习目标定位理解光的波粒二象性理解光的波粒二象性了解粒子的波动性了解粒子的波动性理解物质波的概念，知道物质波的实验验证理解物质波的概念，知道物质波的实验验证课堂情景切入课堂情景切入如如图图所所示示是是一一台台电电子子显显微微镜镜，竖竖直直圆圆筒筒的的上上、下下两两端端分分别别装装着着负负极极和和正正极极，电电压压可可高高达达1106V。它它的的分分辨辨本本领领很很高高，可可以以看看清清大大小小为为0.2nm的物体。的物体。你你知知道道电电子子显显微微镜镜的的分分辨辨本本领领与哪些因素有关吗？与哪些因素有关吗？知识自主梳理知识自主梳理1.光的本性光的本性(1)19世世纪纪初初托托马马斯斯杨杨、菲菲涅涅耳耳、马马吕吕斯斯等等分分别别观观察察到到了了光的光的_、_和偏振现象。和偏振现象。(2)19世世纪纪60年年代代和和80年年代代，麦麦克克斯斯韦韦和和赫赫兹兹先先后后从从理理论论上上和实验上确认了光的和实验上确认了光的_本质。本质。(3)光电效应和康普顿效应揭示了光的光电效应和康普顿效应揭示了光的_。光的波粒二象性光的波粒二象性 干涉干涉衍射衍射电磁波电磁波粒子性粒子性粒子粒子波动波动1.德布罗意波德布罗意波任任何何一一种种实实物物粒粒子子都都和和一一个个波波相相联联系系，这这种种波波被被称称为为德德布布罗意波，也叫罗意波，也叫_波。波。2物质波的波长和频率物质波的波长和频率波长公式波长公式_，频率公式，频率公式_。3物质波的实验验证物质波的实验验证(1)实验探究思路实验探究思路干干涉涉、衍衍射射是是_特特有有的的现现象象，如如果果实实物物粒粒子子具具有有波波动动性，则在一定条件下，也应该发生性，则在一定条件下，也应该发生_或或_现象。现象。粒子的波动性粒子的波动性 物质物质波波干涉干涉衍射衍射(2)实验验证实验验证1927年年戴戴维维孙孙和和G.P.汤汤姆姆孙孙分分别别利利用用晶晶体体做做了了_的的实实验验，得得到到了了类类似似下下图图的的_图图样样，从从而而证证实实了了电电子子的的波波动性。他们为此获得了动性。他们为此获得了1937年的诺贝尔物理学奖。年的诺贝尔物理学奖。电子束衍射电子束衍射衍射衍射重点难点突破重点难点突破一、光学发展史一、光学发展史学说名称学说名称微粒说微粒说波动说波动说电磁说电磁说光子说光子说波粒二象性波粒二象性代表人物代表人物牛顿牛顿惠更斯惠更斯麦克斯韦麦克斯韦爱因斯坦爱因斯坦公认公认实验依据实验依据光的直线光的直线传播、光传播、光的反射的反射光的干涉、光的干涉、衍射衍射能在真空中能在真空中传播，是横传播，是横波，光速等波，光速等于电磁波速于电磁波速光电效应光电效应康普顿效康普顿效应应光既有波动现光既有波动现象，又有粒子象，又有粒子特征特征内容要点内容要点光是一群光是一群弹性粒子弹性粒子光是一种机光是一种机械波械波光是一种电光是一种电磁波磁波光是由一光是由一份一份光份一份光子组成的子组成的光是具有电磁光是具有电磁本性的物质，本性的物质，既有波动性又既有波动性又有粒子性有粒子性年代年代17世纪世纪17世纪世纪19世纪中世纪中20世纪初世纪初20世纪初世纪初二、对光的波粒二象性的理解二、对光的波粒二象性的理解光的波动性光的波动性光的粒子性光的粒子性实验基础实验基础干涉、衍射干涉、衍射光电效应、康普顿效应光电效应、康普顿效应含义含义光的波动性是光子本身的一种属光的波动性是光子本身的一种属性，它不同于宏观的波，它是一性，它不同于宏观的波，它是一种概率波，即光子在空间各点出种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小现的可能性大小(概率概率)可用波动可用波动规律描述：规律描述：(1)足够能量的光足够能量的光(大量大量光子光子)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，波动性频率低，波长长的光，波动性特征显著。特征显著。粒子的含义是粒子的含义是“不连续不连续”“”“一份一份一份一份”的，光的粒子即光子，不的，光的粒子即光子，不同于宏观概念的粒子，但也具有同于宏观概念的粒子，但也具有动量和能量。动量和能量。(1)当光同物质发生当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质。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少量或个别光子易显示出光的粒子性。子性。(3)频率高，波长短的光，频率高，波长短的光，粒子性特征显著。粒子性特征显著。二象性二象性(1)光子说并没有否定波动性，光子说并没有否定波动性，Eh中，中，表示光的频率，表示了波表示光的频率，表示了波的特征。光既具有波动性，又具有粒子性，波动性和粒子性都是光的的特征。光既具有波动性，又具有粒子性，波动性和粒子性都是光的本身属性，只是在不同条件下的表现不同。本身属性，只是在不同条件下的表现不同。(2)只有用波粒二象性，才能统一说明光的各种行为。只有用波粒二象性，才能统一说明光的各种行为。(海海岳岳中中学学20142015学学年年高高二二下下学学期期期期中中)人人类类对对光光的的本本性性认认识识的的过过程程中中先先后后进进行行了了一一系系列列实实验验，如如图图所所示示的的四四个个示示意意图图所所表表示示的的实实验验说说明明光光具具有有波波动动性性的的是是_，说说明明光光具具有有粒子性的是粒子性的是_。答案：答案：ABD，C解解析析：C为为光光电电效效应应实实验验，证证明明了了光光的的粒粒子子性性；其其余余的的三三个实验均证明了光的波动性。个实验均证明了光的波动性。德德布布罗罗意意认认为为任任何何运运动动着着的的物物体体均均有有波波动动性性，可可是是我我们们观观察察运运动动着着的的汽汽车车，并并未未感感觉觉到到它它的的波波动动性性。你你如如何何理理解解该该问问题题，谈谈自己的认识。谈谈自己的认识。答答案案：波波粒粒二二象象性性是是微微观观粒粒子子的的特特殊殊规规律律，一一切切微微观观粒粒子子都都存存在在波波动动性性，宏宏观观物物体体(汽汽车车)也也存存在在波波动动性性，只只是是因因为为宏宏观观物物体体质质量量大大，动动量量大大，波波长长短短，难难以以观观测测，而而微微观观粒粒子子如如电电子子、质质子子、中中子子以以及及原原子子、分分子子的的波波动动性性为为宏宏观观物物体体具具有有波波动动性性奠奠定了事实基础。定了事实基础。考点题型设计考点题型设计 下下列列有有关关光光的的波波粒粒二二象象性性的的说说法中，正确的是法中，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光光的的波波长长越越长长，其其波波动动性性越越显显著著；波波长长越越短短，其其粒粒子子性越显著性越显著D大量光子的行为往往显示出粒子性大量光子的行为往往显示出粒子性对光的波粒二象性的理解对光的波粒二象性的理解 解解析析：一一切切光光都都具具有有波波粒粒二二象象性性，光光的的有有些些行行为为(如如干干涉涉、衍衍射射)表表现现出出波波动动性性，光光的的有有些些行行为为(如如光光电电效效应应)表表现现出出粒粒子子性性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子。所以，不能说有的光是波，有的光是粒子。虽虽然然光光子子与与电电子子都都是是微微观观粒粒子子，都都具具有有波波粒粒二二象象性性，但但电电子子是是实实物物粒粒子子，有有静静止止质质量量，光光子子不不是是实实物物粒粒子子，没没有有静静止止质质量量，电电子子是是以以实实物物形形式式存存在在的的物物质质，光光子子是是以以场场形形式式存存在在的的物物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子。质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子。光光的的波波粒粒二二象象性性的的理理论论和和实实验验表表明明，大大量量光光子子的的行行为为表表现现出出波波动动性性，个个别别光光子子的的行行为为表表现现出出粒粒子子性性。光光的的波波长长越越长长，衍衍射射性性越越好好，衍衍射射性性越越好好，即即波波动动性性越越显显著著，光光的的波波长长越越短短，其其光光子子能能量量越越大大，个个别别或或少少数数光光子子的的作作用用就就足足以以引引起起光光接接收收装装置置的的反反应应，所所以以其其粒粒子子性性就就很很显显著著，故故选选项项C正正确确，A、B、D错错误。误。答案：答案：C点点评评：在在宏宏观观现现象象中中，波波与与粒粒子子是是对对立立的的概概念念，而而在在微微观观世世界界中中，波波与与粒粒子子可可以以统统一一。由由于于我我们们的的经经验验局局限限于于宏宏观观物物体体的的运运动动，微微观观世世界界的的某某些些属属性性与与宏宏观观世世界界不不同同，我我们们从从来来没没有有过过类类似似的的经经历历，光光既既不不是是宏宏观观观观念念的的波波，也也不不是是宏宏观观观观念念的的粒粒子子，光光具具有有波波粒粒二二象象性性是是指指光光在在传传播播过过程程中中和和同同其其他他物物质质作作用用时分别表现出波和粒子的特性。时分别表现出波和粒子的特性。 质质量量为为10g，速速度度为为300m/s在在空空中中飞飞行行的的子子弹弹，其其德德布布罗罗意意波波波波长长是是多多少少？为为什什么么我我们们无无法法观观察察出出其其波波动动性性？如如果果能能够够用用特特殊殊的的方方法法观观察察子子弹弹的的波波动动性性，我我们们是是否否能能看看到到子子弹弹上上下下或或左左右右颤颤动动着着前前进进，在在空空间间中中描描绘绘出出正正弦曲线或其他周期性曲线？为什么？弦曲线或其他周期性曲线？为什么？解解析析：根根据据德德布布罗罗意意的的观观点点，任任何何运运动动着着的的物物体体都都有有一一种种波波和和它它对对应应，飞飞行行的的子子弹弹必必有有一一种种波波与与之之对对应应，由由于于子子弹弹的的德德布布罗罗意意波波长长极极短短，我我们们不不能能观观察察到到其其衍衍射射现现象象，由由于于德德布布罗罗意意波波是是一一种种概概率率波波，仅仅是是粒粒子子在在空空间间出出现现的的概概率率遵遵从从波波动动规规律律，而非粒子做曲线运动。而非粒子做曲线运动。对物质波的理解和计算对物质波的理解和计算 (河河北北邢邢台台一一中中20142015学学年年高高二二下下学学期期检检测测)利利用用金金属属晶晶格格(大大小小约约1010m)作作为为障障碍碍物物观观察察电电子子的的衍衍射射图图样样，方方法法是是让让电电子子通通过过电电场场加加速速，然然后后让让电电子子束束照照射射到到金金属属晶晶格格上上，从从而而得得到到电电子子的的衍衍射射图图样样。已已知知电电子子质质量量为为m、电电量量为为e、初初速速度度为为零零，加加速速电电压压为为U，普普朗朗克克常常量量为为h，则则下下列列说说法法中中正正确确的的是是()