2018-2019版高中物理 第2章 波和粒子课件（打包5套）沪科版选修3-5.zip

2.1 拨开黑体辐射的疑云第 2章 波和粒子[学习目标 ]1.了解热辐射和黑体辐射的概念，了解黑体辐射的实验规律 .2.了解能量子的概念及其提出的科学过程 .3.了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点 .内容索引知识探究新知探究 点点落实题型探究重点难点 各个击破达标检测当堂检测 巩固反馈知识探究一、黑体与黑体辐射[导学探究 ] 1.什么是热辐射？这种辐射与温度有何关系？答案 物体在任何温度下，都会发射电磁波，温度不同，所发射的电磁波的频率、强度也不同，这种现象叫做热辐射 .辐射强度按波长的分布情况是：随物体的温度的升高，热辐射中波长较短的电磁波成分越来越强 .答案2.什么是黑体辐射？它与热辐射有什么不同？答案 能够完全吸收各种波长的电磁波而不产生反射的物体，叫做黑体 .黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，而热辐射还与其他因素有关 (材料的种类和表面状况 ).答案[知识梳理 ]1.热辐射(1)定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射 与 有关 ，所以叫热辐射 .(2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体 的 而 有所不同 .2.黑体(1)定义：某种物体 能够 入射 的各种波长的电磁波而不 发生 ， 这种物体就是绝对黑体，简称黑体 .(2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体 的 有关 .物体的温度温度完全 吸收温度反射[即学即用 ] 判断下列说法的正误 .(1)黑体一定是黑色的物体 .( )(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体 .( )(3)只有高温物体才能辐射电磁波 .( )(4)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大 .( )××答案√√[导学探究 ]1.黑体辐射电磁波的强度按波长分布如图 1所示，当温度从 750 K升高到 6 000 K时，各种波长的电磁波的辐射强度怎么变化？辐射强度极大值对应的波长如何变化？二、黑体辐射的实验规律答案图 1答案 变强 .辐射强度 极大值向波长较短的方向移动，即变短 .2.你认为现实生活中存在理想的黑体吗？答案答案 现实生活中不存在理想的黑体，实际的物体都能辐射红外线 (电磁波 )，也都能吸收和反射红外线 (电磁波 )，绝对黑体不存在，是理想化的模型 .[知识梳理 ] 黑体辐射的实验规律1.随着温度的升高，各种波长的辐射强度 都 .2.随着温度的升高，辐射强度的极大值向着 波长 的 方向移动 .增加较短[即学即用 ] 判断下列说法的正误 .(1)黑体是一种客观存在的物质 .( )(2)黑体辐射随温度升高强度变强 .( )×√答案[导学探究 ] 某激光器能发射波长为 λ的激光，那么激光光量子的能量可以取任意值吗？是连续的还是一份一份的？设普朗克常量为 h，那么每个激光光量子的能量是多少？如果激光发射功率为 P，那么每秒钟发射多少个光量子？三、能量子答案答案 光量子的能量是不连续的，而是一份一份的，每个光量子的能量E＝ hν，[知识梳理 ] 能量子1.定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值 ε的 ， 当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为 单位 地 辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值 ε叫做 .2.能量子大小： ε＝ ， 其中 ν是电磁波的频率， h称为 ___________.h＝6.626× 10－ 34J·s(一般取 h＝ 6.63× 10－ 34 J·s).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 .整数倍能量子一份一份hν分立量子化普朗克常量[即学即用 ]1.判断下列说法的正误 .(1)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍 .( )(2)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比 .( )√答案√2.人眼对绿光较为敏感，正常人的眼睛接收到波长为 530 nm的绿光时，只要每秒钟有 6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉 .普朗克常量为6.63× 10－ 34 J·s，真空中光速为 3× 108 m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率 是A.2.3× 10－ 18 W B.3.8× 10－ 19 WC.7.0× 10－ 10 W D.1.2× 10－ 18 W答案解析√解析 因 只要 每秒有 6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉 .题型探究一、黑体辐射的规律1.一般物体的辐射与黑体辐射的比较热辐射特点 吸收、反射特点一般物体辐射与温度有关，与表面状况有关，温度越高，辐射电磁波波长越短既吸收、又反射，其能力与入射波长有关，吸收能力强、反射弱的较黑黑体 辐射强度按波长的分布只与温度有关，与表面无关 不反射，完全吸收各种入射电磁波特别提示 (1)热辐射不一定需要高温，任何物体任何温度均存在热辐射，只是温度越高，辐射的能量越多，电磁波的短波成分越多 .(2)并不是所有的发光都是热辐射，如激光、日光灯发光不是热辐射 .2.随着温度的升高，黑体辐射的各种波长的辐射强度都有增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 .例 1 (多选 )黑体辐射的实验规律如图 2所示，由图 可知A.随温度升高，各种波长的辐射强度都增加B.随温度降低，各种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答案解析解析 由题图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来 .√√√图 2针对训练 1 关于对黑体的认识，下列说法正确的 是A.黑体不仅能吸收电磁波，也能反射电磁波B.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的 种类 及表面状况有关C.黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类 及表面 状况无关D.如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔 内表面 经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体答案√1.物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态 “ 飞跃 ” 地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态 .2.在宏观尺度内研究物体的运动时我们可以认为：物体的运动是连续的，能量变化是连续的，不必考虑量子化；在研究微观粒子时必须考虑能量量子化 .3.能量子的能量 ε＝ hν，其中 h是普朗克常量， ν是电磁波的频率 .二、能量子的理解和计算例 2 (多选 )对于带电微粒的辐射和吸收能量时的特点，以下说法正确的 是A.以某一个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收B.辐射和吸收的能量是某一最小值的整数倍C.吸收的能量可以是连续的D.辐射和吸收的能量是量子化的解析 带电微粒辐射或吸收能量时是以最小能量值 —— 能量子 ε的整数倍或一份一份地辐射或吸收的，是不连续的，故选项 A、 B、 D正确， C错误 .答案解析√√√针对训练 2 “ 神光 Ⅱ” 装置是高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400 J、波长 λ为 0.35 μm的紫外激光，已知普朗克常量 h＝ 6.63× 10－ 34 J·s，真空中光速 c＝ 3.0× 108 m/s，则该紫外激光所含光子数为多少个？ (结果保留两位有效数字 )答案解析答案 4.2× 10212.解决此类题目的关键是熟练掌握 ε＝ hν和 c＝ λν及 E＝ nε＝ Pt等公式 .总结提升达标检测A.T1T2B.T1T2，本题正确选项为 A、 D.1 2 3 42.(对热辐射规律的理解 )“ 非典 ” 期间，很多地方用红外线热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走过，便可知道他的体温是多少，关于其中原理，下列说法正确的 是A.人的体温会影响周围空气温度，仪器通过测量空气温度便可知道人 的体温B.仪器发出的红外线遇人反射，反射情况与被测者的温度有关C.被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关 ，温度 高时辐射强且较短波长的成分强D.被测者会辐射红外线，辐射强度以及按波长的分布情况与温度有关 ，温度 高时辐射强且较长波长的成分强√1 2 3 4 答案解析解析 根据辐射规律可知，随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加；随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 .人 的体温的高低，直接决定了这个人辐射的红外线的频率和强度，通过监测被测者辐射的红外线的情况就可知道这个人的体温， C正确 .1 2 3 42.2 涅槃凤凰再飞翔第 2章 波和粒子[学习目标 ]1.了解光电效应及其实验规律，以及光电效应与电磁理论的矛盾 .2.知道爱因斯坦光电效应方程及应用 .3.了解康普顿效应及其意义，了解光子的 动量 .内容索引知识探究新知探究 点点落实题型探究重点难点 各个击破达标检测当堂检测 巩固反馈知识探究一、光电效应及其实验规律[导学探究 ]1.探究光电效应产生的条件如图 1所示，取一块锌板，用砂纸将其一面擦一遍，去掉表面的氧化层，连接在验电器上 (弧光灯发射紫外线 ).(1)用弧光灯照射锌板，看到的现象为 _______________，说明 ________________________________________________________________________________________.答案验电器箔片张开 锌板带电了 .弧光灯 发出的紫外线照射到锌板上，在锌板表面发射出光电子，从而使 锌板 带上了正电图 1(2)在弧光灯和锌板之间插入一块普通玻璃板，再用弧光灯照射，看到的现象为 ________________， 说明 __________________________________________________.(3)撤去弧光灯，换用白炽灯发出的强光照射锌板，并且照射较长时间，看到的现象为 ________________，说明_____________________________.答案箔片张角明显减小 锌板产生光电效应是光中紫外线照射 的可见光不能使锌板发生光电效应结果 而不是 可见光观察不到箔片张开2.研究光电效应的规律如图 2甲是研究光电效应现象的装置图，图乙是研究光电效应的电路图，请结合装置图及产生的现象回答下列问题：图 2答案 金属能否发生光电效应，决定于入射光的频率，与入射光的强度无关 .(1)在甲图中发现，利用紫外线照射锌板无论光的强度如何变化，验电器都有张角，而用红光照射锌板，无论光的强度如何变化，验电器总无张角，这说明了 什么 ？答案答案 保持入射光频率不变，当发生光电效应时，飞出的光电子个数只与光的强度有关 .答案(2)在乙图中光电管两端加正向电压，用一定强度的光照射时，若增加电压，电流表示数不变，而光强增加时，同样电压，电流表示数会增大，这说明了什么？(3)在乙图中若加反向电压，当光强增大时，遏止电压不变，而入射光的频率增加时，遏止电压却增加，这一现象说明了什么？答案答案 光电子的能量与入射光频率有关，与光的强度无关 .答案 由于光的能量是一份一份的，那么金属中的电子也只能一份一份地吸收光子的能量 .而且这个传递能量的过程只能是一个光子对应一个电子的行为 .如果光的频率低于极限频率，则光子提供给电子的能量不足以克服原来的束缚，就不能发生光电效应 .而当光的频率高于极限频率时，能量传递给电子以后，电子摆脱束缚要消耗一部分能量，剩余的能量以光电子的动能形式存在 .答案(4)光电效应实验表明，发射电子的能量与入射光的强度无关，而与光的频率有关，试用光子说分析原因 .[知识梳理 ]1.光电效应在光的照射下物体 发射 的 现象叫做光电效应 .发射出来的电子 叫 .2.光电效应的实验规律(1)对于各种金属都存在着一个极限频率，当入射光 的 频率 _________________时 ，才能产生光电效应；(2)光电子的最大动能 随着 的 增加而增加，与入射光的 强度 ；(3)保持入射光频率不变，当产生光电效应时，单位时间内从金属表面逸出的电子数 与 有关 ；(4)入射光射到金属表面时，光电子的产生几乎 是 的 ，不 超过_________.电子高于这个 极限 频率入射光频率入射光的强度无关光电子瞬时 1× 10－ 9 s[即学即用 ] 判断下列说法的正误 .(1)任何频率的光照射到金属表面都可以发生光电效应 .( )(2)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关 .( )(3)“ 光子 ” 就是 “ 光电子 ” 的简称 .( )××答案×[导学探究 ] 用如图 3所示的装置研究光电效应现象 .用光子能量为 2.75 eV的光照射到光电管上时发生了光电效应，电流表的示数不为零；移动滑动变阻器的滑动触头，发现当电压表的示数大于或等于 1.7 V时，电流表示数为 0.二、爱因斯坦的光子说答案图 3答案 1.7 eV 1.7 V(1)光电子的最大动能是多少？遏止电压为多少？(2)光电管阴极的逸出功又是多少？答案答案 W＝ hν－ Ekm＝ 2.75 eV－ 1.7 eV＝ 1.05 eV(3)当滑动触头向 a端滑动时，光电流变大还是变小？答案 变大(4)当入射光的频率增大时，光电子最大动能如何变化？遏止电压呢？答案 变大 变 大[知识梳理 ]1.光子说 ：光在空间传播时 是 的 ， 而是 的 ，一份叫做一个光量子，简称光子 .光子的能量 E＝ .2.逸出功使电子脱离某种金属所做功 的 值 ，用 W表示，不同金属的 逸出功 .3.最大动能 ：发生光电效应时，金属表面上的 吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的 值 .4.遏止电压与极限频率(1)遏止电压：使光电流减小到零的反向电压 .(2)极限频率：能使某种金属发生光电效应的 频率叫做该种金属的极限频率 .不同的金属对应着不同的极限频率 .不连续 一份一份hν最小 不同电子最大最小5.光电效应方程(1)表达式 ： 或 .(2)物理意义：金属中电子吸收一个光子获得的能量 是 ， 这些能量一部分用于克服金属 的 ， 剩下的表现为逸出后电子 的 .(3)光电效应方程说明了产生光电效应的条件若有光电子逸出，则光电子的最大动能必须大于零，即 Ekm＝ hν－ W0，亦即 hν ， ν___， 而 ν0＝ ___恰好 是光电效应的极限频率 .hν＝ Ekm＋ W Ekm＝ hν－ Whν最大动能逸出功 WW[即学即用 ] 判断下列说法的正误 .(1)从金属表面出来的光电子的最大动能越大，这种金属的逸出功越小 .( )(2)光电子的最大动能与入射光的频率成正比 .( )(3)入射光若能使某金属发生光电效应，则该入射光的强度越大，照射出的光电子越多 .( )(4)遏止电压的大小与入射光的频率有关，与入射光的光强无关 .( )×√答案×√[导学探究 ] 太阳光从小孔射入室内时，我们从侧面可以看到这束光；白天的天空各处都是亮的；宇航员在太空 中会 发现尽管太阳光耀眼刺目，其他方向的天空却是黑的，为什么？三、康普顿效应答案答案 在地球上存在着大气，太阳光经大气中微粒散射后传向各个方向，而在太空中的真空环境下光不再散射只向前传播 .[知识梳理 ]1.康普顿效应美国 物理学家康普顿在研究石墨对 X射线的散射时，发现在散射的 X射线中，除了与入线射波长相同的成分外，还有 波长 入射线 波长的成分，这个现象称为康普顿效应 .2.康普顿效应的意义 ：康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还 具有 ， 进一步为光的粒子性提供了证据 .3.光子的动量表达式： p＝ ___.大于动量[即学即用 ] 判断以下说法的正误 .(1)光子的动量与波长成反比 .( )(2)光子发生散射后，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化 .( )(3)有些光子发生散射后，其波长变大 .( )√答案√×题型探究一、光电效应现象及其实验规律2.光电效应中的光包括不可见光和可见光 .3.光电子：光电效应中发射出来的电子，其本质还是电子 .4.能不能发生光电效应由入射光的频率决定，与入射光的强度无关 .5.发生光电效应时，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多 .6.光的强度与饱和光电流：饱和光电流与光强有关，与所加的正向电压大小无关 .且饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的 .对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系 .解析 保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，单位时间内光电子变多，饱和光电流变大， A对 ；根据 爱因斯坦光电效应方程 Ekm＝ hν－ W可知，入射光的频率变高，光电子的最大动能变大，饱和光电流不变， B错， C对 ；当 hν0，亦即 hνW， ν ＝ ν0，而 ν0＝ 恰好 是光电效应的极限频率 .2.光电效应规律中的两条线索、两个关系 ：(1)两条线索：(2)两个关系：光照强度越强 → 光子数目多 → 发射光电子多 → 光电流大；光子频率高 → 光子能量大 → 产生光电子的最大动能大 .A.1.9 eV B.0.6 eV C.2.5 eV D.3.1 eV例 2 如图 5所示，当开关 K断开时，用光子能量为 2.5 eV的一束光照射阴极 P，发现电流表读数不为零 .合上开关，调节滑动变阻器，发现当电压表读数小于 0.6 V时，电流表读数仍不为零 .当电压表读数大于或等于 0.6 V时，电流表读数为零 .由此可知阴极材料的逸出功为解析 由题意知光电子的最大动能 为 Ekm＝ eU0＝ 0.6 eV所以根据光电效应方程 Ekm＝ hν－ W可得W＝ hν－ Ekm＝ (2.5－ 0.6) eV＝ 1.9 eV.答案解析√ 图 52.3 光是波还是粒子第 2章 波和粒子[学习目标 ]1.知道光的波粒二象性，理解其对立统一的关系 .2.知道光是一种概率波，知道概率波的统计意义 .3.会用光的波粒二象性分析有关问题 .内容索引知识探究新知探究 点点落实题型探究重点难点 各个击破达标检测当堂检测 巩固反馈知识探究一、光的波粒二象性[导学探究 ] 人类对光的本性的认识的过程中先后进行了一系列实验，比如：光的单缝衍射实验 (图 A)光的双缝干涉实验 (图 B)光电效应实验 (图 C)光的薄膜干涉实验 (图 D)康普顿效应实验等等 .(1)在以上实验中哪些体现了光的波动性？哪些体现了光的粒子性？答案答案 单缝衍射、双缝干涉、薄膜干涉体现了光的波动性 .光电效应和康普顿效应体现了光的粒子性 .(2)光的波动性和光的粒子性是否矛盾？答案 不矛盾 .大量光子在传播过程中显示出波动性，比如干涉和衍射 .当光与物质发生作用时，显示出粒子性，如光电效应、康普顿效应 .光具有波粒二象性 .[知识梳理 ]1.人类对光的本性的研究学说名称 微粒说 波动说 电磁说 光子说 波粒二象性代表人物 牛顿 惠更斯 麦克斯韦 爱因斯坦 实验依据光的直线传播、光的反射光的干涉、衍射能在真空中传播，是横波，光速等于电磁波的速度光电效应、康普顿效应光既有波动现象，又有粒子特征内容要点 光是一群弹性粒子 光是一种机械波 光是一种电磁波光是由一份一份光子组成的光是一种概率波，既有波动性，又有粒子性2.光的波粒二象性(1)波动性 衍射粒子性 光电效应波动性粒子性波粒二象性(2)光子的能量和动量① 能量： E＝ .② 动量： p＝ .(3)意义：能量 E和动量 p是描述物质 的 性 的重要物理量；波长 λ和频率ν是描述物质 的 性 的典型物理量 .因此 E＝ hν和 p＝ 揭示了 光的粒子性和波动性之间的密切关系 .hν波动粒 子[即学即用 ] 判断下列说法的正误 .(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性 .( )(2)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 .( )(4)光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子 .( )×答案×√√答案 当曝光时间很短时，屏上的光点是随机分布的，具有不确定性 ，说 明了光具有粒子性 .[导学探究 ] 用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图 1甲、乙、丙所示的图像 .二、再探光的双缝干涉实验图 1(1)图像甲是曝光时间很短的情况，光点的分布有什么特点？说明了什么问题？答案(2)图像乙是曝光时间稍长情况，当光子数较多时落在哪些区域的概率较大？可用什么规律来确定？答案 落在某些条形区域的概率较大 ，这种 概率可用波动规律来确定 .(3)图像丙是曝光时间足够长的情况，体现了光的什么性？怎样解释上述现象？答案 光的波动性 .少量 光子呈现粒子性，大量光子呈现波动性，而且光是一种概率波 .答案[知识梳理 ]光波是一种概率波：光的波动性不是光子之间 的 引起 的，而是光子 自身 的 性质，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以，光波是一种概率波 .相互作用固有[即学即用 ] 判断下列说法的正误 .(1)光子通过狭缝后运动的轨迹是确定的 .( )(2)干涉条纹中，暗条纹是光子不能达到的地方 .( )(3)单个光子的运动具有偶然性，但光波强的地方是光子到达几率大的地方 .( )×√答案×题型探究一、光的波粒二象性的理解1.大量光子产生的效果显示出波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性 .2.光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量 .和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小 (概率 )，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波 .3.频率低、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著 .4.光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此 E＝ hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系 .例 1 下面关于光的波粒二象性的说法中，不正确的 是A.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B.频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著C.光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出 粒子 性D.光不可能同时具有波动性和粒子性答案解析√解析 光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，故 A正确 ；在 光的波粒二象性中，频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，故 B正确 ；光 在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，故 C正确 ；光 的波粒二象性是指光即具有为波动性，又具有粒子性，二者是统一的，故 D错误 .1.单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不能确定的 .2.大量粒子运动的必然性：由波动规律我们可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律，因此我们可以对宏观现象进行预言 .3.概率波体现了波粒二象性的和谐统一：概率波的主体是光子、实物粒子，体现了粒子性的一面；同时粒子在某一位置出现的概率受波动规律支配，体现了波动性的一面，所以说概率波将波动性和粒子性统一在一起 .二、对概率波的理解4.光的波动性不是光子之间的相互作用引起的：(1)在双缝干涉实验中，光源非常弱，以至它在前一个光子到达屏幕之后才发射第二个光子，这样就排除了光子之间相互作用的可能性 .(2)尽管单个光子的落点不可预知，但是长时间曝光之后仍然可以得到明暗相间的条纹，可见，光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，而是光子自身固有的性质 .解析 根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达 95%以上，当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故 C、 D选项正确 .例 2 (多选 )在单缝衍射实验中，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答案解析√√达标检测1.(对光的波粒二象性的认识 )下列各组现象能说明光具有波粒二象性的 是A.光的色散和光的干涉 B.光的干涉和光的衍射C.泊松亮斑和光电效应 D.光的反射和光电效应√答案解析解析 光的干涉、衍射、泊松亮斑是光的波动性的证据，光电效应说明光具有粒子性，光的反射和色散不能说明光具有波动性或粒子性，故选项 C正确 .2 3 4 512.(对光的波粒二象性的认识 )下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的 是A.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.大量光子的行为往往表现出粒子性√答案解析2 3 4 51解析 一切光都具有波粒二象性，光的有些行为 (如干涉、衍射 )表现出波动性，有些行为 (如光电效应 )表现出粒子性， A错误 .虽然 光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以 B错误 .光 的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性 .光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著；光的波长越短，其粒子性越显著，故选项 C正确， D错误 .2 3 4 513.(对光的本性的认识 )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，光电效应说明光具有粒子性D.牛顿的 “ 微粒说 ” 和惠更斯的 “ 波动说 ” 相结合就是光的波粒二象性答案解析√2 3 4 51解析 光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小，可以用波动规律来描述，不是惠更斯的 “ 波动说 ” 中宏观意义下的机械波 .光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一个光子，不是牛顿 “微粒说 ” 中的经典微粒 .某现象说明光具有波动性，是指波动理论能解释这一现象 .某现象说明光具有粒子性，是指能用粒子说解释这个现象 .要区分题中说法和物理史实与波粒二象性之间的关系 .C正确， A、 B、 D错误 .2 3 4 51解析 光在不同条件下表现出不同的行为，其波动性和粒子性并不矛盾， A错， D对 ；光 的波动性不同于机械波，其粒子性也不同于质点， B错 ；大量 光子往往表现出波动性，个别光子往往表现出粒子性， C错 .4.(对光的本性的认识 )有关光的本性，下列说法中正确的 是A.光具有波动性，又具有粒子性，这是相互矛盾和对立的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.由于光既具有波动性，又具有粒子性，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答案解析√2 3 4 515.(对概率波的理解 )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.使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的狭缝，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狭缝，如果时间足够长 ，底片 上将出现不太清晰的双缝干涉图样C.大量光子的运动规律显示出光的粒子性D.个别光子的运动显示出光的波动性答案解析√2 3 4 51解析 单个光子运动具有不确定性，大量光子落点的概率分布遵循一定规律，显示出光的波动性 .使光子一个一个地通过双缝，如果时间足够长，底片上会出现明显的干涉图样， A正确， B、 C错误 ；由 光的波粒二象性知，个别光子的运动显示出光的粒子性， D错误 .1 2 3 4 52.4 实物是粒子还是波第 2章 波和粒子[学习目标 ]1.知道实物粒子具有波动性，知道什么是物质波 .2.了解物质波也是一种概率波 .3.初步了解不确定关系 .内容索引知识探究新知探究 点点落实题型探究重点难点 各个击破达标检测当堂检测 巩固反馈知识探究一、德布罗意波[导学探究 ] 德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性，你如何理解该问题？答案 波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性，宏观物体 (汽车 )也存在波动性，只是因为宏观物体质量大，动量大，波长短，难以观测 .答案[知识梳理 ] 对物质波的认识1.粒子的波动性(1)任何一 个 的 物体，都有一种波与之相伴随，这种波 称为 ， 也叫德布罗意波 .(2)物质波波长、频率的计算公式为 λ＝ ， ν＝ .(3)我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量 太 ， 德布罗意波长 太 的 缘故 .运动着 物质波大小2.物质波的实验验证(1)实验探究思路 ： 、 衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该 发生 或 衍射现象 .(2)实验验证： 1927年戴维孙和汤姆生分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子 的 .(3)说明① 人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子 的 ， 对于这些粒子，德布罗意给出的 ν＝ 和 λ＝ 关系 同样正确 .② 物质波也是一种概率波 .干涉干涉波动性波动性[即学即用 ] 判断下列说法的正误 .(1)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波 .( )(2)湖面上的水波就是物质波 .( )(3)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性 .( )××答案√[导学探究 ] 1.如果光子是经典的粒子，它在从光源飞出后应该做匀速直线运动，它在屏上的落点应该在缝的投影之内，即屏上亮条纹宽度与缝宽相同 .但是 实际， 它到达屏上的位置 超出 单缝投影的范围，二、不确定关系图 1形成 了中间宽、两侧窄、明暗相间的衍射条纹，如图 1所示 .微观粒子 的运动是否遵循牛顿运动定律？能否用经典物理学的方法准确确定粒子到达屏上的位置和动量？答案答案 按照牛顿运动定律，如果光子是经典的粒子，光在运动过程中不受力，光子应该做匀速直线运动 .而由光的衍射可知，光子运动并不遵从牛顿运动定律，即对于微观粒子的运动，不能用经典物理学的方法确定其位置及动量 .答案 变大2.单缝衍射时，屏上各点的亮度反映了粒子到达这点的概率 .图 2是粒子到达屏上的概率在坐标系中的表示 .答案(1)如果狭缝变窄，粒子的衍射图样中，中央亮条纹变宽 .这说明当粒子的位置不确定量减小时，动量的不确定量如何变化？图 2(2)通过狭缝后，单个粒子的运动情况能否预知？粒子出现在屏上的位置遵循什么规律？答案(3)粒子位置的不确定量 Δx与动量的不确定量 Δp有什么关系？答案 不能 粒子 出现在屏上的位置遵循统计 规律[知识梳理 ]1.定义：在经典物理学中，可以同时用质点的位置和动量精确描述它的运动，在微观物理学中，要同时测出 微观粒子的 位置和动量是不太可能的，这种关系 叫 关系 .2.表达式 ： ≥ .其中以 Δx表示 粒子 的 不确定量，以 Δpx表示粒子在 x方向上 的 的不确定量， h是 .3.微观粒子运动的基本特征：不再 遵守 定律 ，不可能同时准确地知道粒子 的 和 ， 不可能用 “ 轨迹 ” 来描述粒子的运动，微观粒子的运动状态只能 通过 做 统计性的描述 .不确定ΔxΔpx位置 动量普朗克常量牛顿运动位置 动量概率题型探究一、对德布罗意波的理解1.任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以观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 .2.物质波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不能以宏观观点中的波来理解德布罗意波 .3.德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波 .例 1 (多选 )关于物质波，下列认识中正确的 是A.任何运动的物体 (质点 )都伴随一种波，这种波叫物质波B.X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的C.电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的D.宏观物体尽管可以看做物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象答案解析√√解析 据德布罗意物质波理论知，任何一个运动的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之相对应，这种波就叫物质波， A选项正确 ；由于 X射线本身就是一种波，而不是实物粒子，故 X射线的衍射现象并不能证实物质波理论的正确性，即 B选项错误 ；电子 是一种实物粒子，电子的衍射现象表明运动着的实物粒子具有波动性，故 C选项正确 ；由 电子穿过铝箔的衍射实验知，少量电子穿过铝箔后所落位置是散乱的，无规律的，但大量电子穿过铝箔后落的位置则呈现出衍射图样，即大量电子的行为表现出电子的波动性，干涉、衍射是波的特有现象，只要是波，都会发生干涉、衍射现象，故选项 D错误 .例 2 质量为 10 g、速度为 300 m/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到其波动性？答案 2.21× 10－ 34 m 由于 子弹的德布罗意波长极短，无法观察到其波动性答案解析因子弹的德布罗意波长极短，故无法观察到其波动性 .针对训练 (多选 )下列说法中正确的 是A.物质波也叫德布罗意波B.物质波也是概率波C.光波是一种概率波D.光波也是物质波答案解析解析 物质波，又称德布罗意波，是概率波，指空间中某点某时刻可能出现的几率，其中概率的大小受波动规律的支配，故 A、 B正确 .光波 具有波粒二象性，波动性表明光波是一种概率波，故 C正确 .由于 光子的特殊性，其静止质量为零，所以光不是物质波，故 D错误 .√√√德布罗意波长的计算1.首先计算物体的速度，再计算其动量 .如果知道物体动能也可以直接用 p＝ 计算 其动量 .2.再根据 λ＝ 计算 德布罗意波长 .3.需要注意的是：德布罗意波长一般都很短，比一般的光波波长还要短，可以根据结果的数量级大致判断结果是否合理 .归纳 总结1.粒子位置的不确定性：单缝衍射现象中，入射的粒子有确定的动量， 但它们经过狭缝后可以处于任何位置，也就是说，粒子的位置是完全不确定的 .2.粒子动量的不确定性：(1)微观粒子具有波动性，会发生衍射 .大部分粒子到达狭缝之前沿水平方向运动，而在经过狭缝之后，有些粒子跑到投影位置以外 .这些粒子具有与其原来运动方向垂直的动量 .(2)由于哪个粒子到达屏上的哪个位置是完全随机的，所以粒子在垂直方向上的动量也具有不确定性，不确定量的大小可以由中央亮条纹的宽度来衡量 .二、对不确定关系的理解3.位置和动量的不确定性关系： ΔxΔp≥ .由 ΔxΔp≥ 可以 知道，在微观领域，要准确地确定粒子的位置，动量的不确定性就更大；反之，要准确地确定粒子的动量，那么位置的不确定性就更大 .4.微观粒子的运动没有特定的轨道：由不确定性关系 ΔxΔp≥ 可知 ，微观粒子的位置和动量是不能同时被确定的，这也就决定了不能用 “ 轨迹 ”的观点来描述粒子的运动 .例 3 (多选 )根据不确定性关系 ΔxΔp≥ ， 判断下列说法正确的 是A.采取办法提高测量 Δx精度时， Δp的精度下降B.采取办法提高测量 Δx精度时， Δp的精度上升C.Δx与 Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关D.Δx与 Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备 无关解析 不确定性关系表明，无论采用什么方法试图确定位置坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定性关系所给出的限度 .故 A、 D正确 .答案解析√√这 个速度不确定在宏观世界中微不足道，可认为球的速度是确定的，其运动遵从经典物理学理论 .例 4 已知 ＝ 5.3× 10－ 35 J·s，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＝ 1.0 kg，测定其位置的不确定量为 10－ 6 m.答案解析答案 见解析解析 m＝ 1.0 kg， Δx1＝ 10－ 6 m，这个速度不确定量不可忽略，不能认为原子中的电子具有确定的速度，其运动不能用经典物理学理论处理 .(2)电子的质量 me＝ 9.0× 10－ 31 kg，测定其位置的不确定量为 10－ 10 m.答案解析答案 见解析解析 me＝ 9.0× 10－ 31 kg， Δx2＝ 10－ 10 m理解不确定性关系时应注意的问题1.对球这样的宏观物体，不确定量是微不足道的，对测量准确性没有任何限制，但对微观粒子却是不可忽略的 .2.在微观世界中，粒子质量较小，不能同时精确地测出粒子的位置和动量，也就不能准确地把握粒子的运动状态 .规律总结达标检测解析 任何一个运动的物体都具有波动性，但因为宏观物体的德布罗意波长很短，所以很难看到它的衍射和干涉现象，所以 C项对， B、 D项错；物质波 不同于宏观意义上的波，故 A项错 .1.(物质波的理解 )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的物体，小到电子、质子、中子，大到 行星 、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波D.宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动 时不 具有波动性√1 2 3 4 答案解析2.(物质波的理解 )1927年戴维孙和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一 .如图 3所示的是该实验装置的简化图 .下列说法不正确的 是A.亮条纹是电子到达概率大的地方B.该实验说明物质波理论是正确的C.该实验说明了光子具有波动性D.该实验说明实物粒子具有波动性√1 2 3 4 答案解析图 3解析 该实验说明物质波理论是正确的，实物粒子也具有波动性，亮条纹是电子到达概率大的地方，不能说明光子具有波动性，故选 C.解析 微观粒子的波动性是一种概率波，对于微观粒子的运动，牛顿运动定律已经不适用了，所以氢原子的核外电子不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置，电子的 “ 轨道 ” 其实是没意义的，电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置，综上所述， C、 D正确 .3.(物质波的理解 )(多选 )电子的运动受波动性的支配，对于氢原子的核外电子，下列说法正确的是A.氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置B.电子绕核运动时，可以运用牛顿运动定律确定它的轨道C.电子绕核运动的 “ 轨道 ” 其实是没有意义的D.电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置√√1 2 3 4 答案解析