高中物理-波粒二象性學(xué)案

1、高中物理 - 波粒二象性學(xué)案1 物理學(xué)的新紀(jì)元：能量量子化.學(xué)案.【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1 了解黑體輻射，感悟科學(xué)探究方法。2 了解能量子的概念及提出過(guò)程，領(lǐng)會(huì)科學(xué)家的思想。3 通過(guò)觀察輻射圖象培養(yǎng)觀察能力。4 了解宏觀物體與微觀粒子的能量變化特點(diǎn)， 體會(huì)量子論的建立深化了人們對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)。【重點(diǎn)難點(diǎn)】1 黑體輻射能量在不同溫度下與波長(zhǎng)的關(guān)系。2 理解能量量子化假設(shè)?！菊n前預(yù)習(xí)】1 黑體與黑體輻射（ 1 ）如果某種物體在任何溫度下能夠 吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生，這種物體就是絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱黑體。（ 2） 物體在任何溫度下， 都會(huì)發(fā)射 ， 溫度不同， 所發(fā)射的電磁波的頻率、 強(qiáng)度也不同，物理學(xué)

2、中把這種現(xiàn)象叫做熱輻射。黑體熱輻射也叫做黑體輻射。（ 3） 黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：隨著溫度的升高，一方面各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都增加；另一方面輻射強(qiáng)度的極大值向較短波長(zhǎng)的方向移動(dòng)。1 . （ 1）完全，反射； （ 2）電磁波；2 （ 1）整數(shù)信，輻射，吸收，頻率，普朗克；2 能量子（1）振動(dòng)著的帶點(diǎn)微粒的能量只能是某一最小能量值£的。例如，可能是e或2e、3 £當(dāng)帶電微粒 或 能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能量為單位一份一份地輻射或吸收的，這個(gè)不可再分的最小能量值£叫做能量子。能量子公式e=hv, v 是電磁波的, h是一個(gè)常量，后被稱為 常量，其值為h=6.626 X 10-

3、34J s。（ 2） 普朗克提出了能量子假說(shuō)后， 又推出了黑體輻射的強(qiáng)度按波長(zhǎng)分布的公式， 與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合。【預(yù)習(xí)檢測(cè)】1 .下列關(guān)于黑體的說(shuō)法中正確的是（）A.黑體能部分吸收入射的電磁波B.黑體能全部吸收入射的電磁波C.黑體能輻射電磁波D.黑體不能輻射電磁波2 .可見(jiàn)光的波長(zhǎng)的大致范圍是400nm700nm.400nm 700nm電磁輻射的能量子£的值分別是多少？參考答案【課前預(yù)習(xí)】1. （1）完全，反射； （2）電磁波；2. （1）整數(shù)信，輻射，吸收，頻率，普朗克；【預(yù)習(xí)檢測(cè)】1 . BG 2 . 5.0 10 19J、 2.84 10 19J堂中互動(dòng)【典題探究】【例1】如圖所

4、示畫出了兩種溫度下黑體輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系。可以看出，T1、T2圖線在波長(zhǎng)相同時(shí)，T1圖圖線對(duì)應(yīng)的輻射強(qiáng)度大，所以T1 T2 （填">"或"<"）;隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較 的方向移動(dòng)?！窘馕觥扛鶕?jù)黑體輻射隨溫度升高輻射強(qiáng)度增大的規(guī)律，可知>丁2；從圖像中可直接看出隨看溫度升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)比較短方向移動(dòng)?！就卣埂勘绢}主要考察學(xué)生對(duì)圖像的觀察分析能力，圖線還反映了同一溫度下黑體輻射強(qiáng)度隨輻射的電磁波波長(zhǎng)成正態(tài)分布規(guī)律?！纠?】對(duì)應(yīng)于3.4 X10-19J的能量子，其電磁輻射的頻率和波長(zhǎng)各是多少？它是什么顏色的

5、？【解析】根據(jù)公式 "hv和v =-得3.4 10、一h6.63 1019-14市 Hz 5.13 10 Hzc 3.0 107入=14m 5.85 10 m5.13 105.13 X1014Hz頻率屬于黃光的頻率范圍，它是黃光，其波長(zhǎng)為5.85 X10-7m【拓展】能量子的提出，不僅體現(xiàn)了微觀粒子能量的不連續(xù)性，同時(shí)也反映了電磁波頻率或波 長(zhǎng)的不連續(xù)性。第十七章波粒二象性2科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性.學(xué)案.【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1. 了解光電效應(yīng)及其實(shí)驗(yàn)規(guī)律，感受以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)研究方法。2. 知道愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程及其意義，感受科學(xué)家在面對(duì)科學(xué)疑難時(shí)的創(chuàng)新精神。3. 了解康普頓效應(yīng)及其意義

6、。重重點(diǎn)難點(diǎn)】1 .光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。2 .用愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程解釋光電效應(yīng)規(guī)律?！菊n前預(yù)習(xí)】1 .光電效應(yīng)(1)在光(包括不可見(jiàn)光)的照射下，從物體發(fā)射 的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。(2)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，金屬受光照射后從表面發(fā)射出來(lái)的電子叫 電子，實(shí)質(zhì)上光電子是獲得了光的能量的電子，并不是其它粒子。,I2 .光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 乙3(1)飽和電流 味的大小與 成正比，也就是單位時(shí)間內(nèi)/XSY一"I逸出的光電子數(shù)目與入射光的強(qiáng)度成正比 (如圖用相同頻率不同強(qiáng)度光 立工 O方 照射陰極K得到的I-U圖象)。有關(guān)，頻(2)光電子的最大初動(dòng)能(或遏止電壓)與入射光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，而只與412率越局

7、，光電子的初動(dòng)能(或遏止電壓)就越大，關(guān)系式為Ekm -mvm eUc。2(3)頻率低于vo的入射光，無(wú)論光的強(qiáng)度多大，照射時(shí)間多長(zhǎng)，都不能使光電子逸出。即存在。(4)光的照射和光電子的逸出幾乎是 ,在測(cè)量的精度范圍內(nèi)(<10 9s)觀察不 出這兩者間存在滯后現(xiàn)象。3 .光電效應(yīng)解釋中的疑難(1)矛盾之一：光的能量與 有關(guān)，而不是由 決定。這個(gè)問(wèn)題曾使物理界大為困惑， 使經(jīng)典的光的波動(dòng)理論面臨挑戰(zhàn)。(2)矛盾之二：光電效應(yīng)產(chǎn)生的時(shí)間極短，電子吸收光的能量是 完成的，而不像波動(dòng) 理論所預(yù)計(jì)的那樣可能。4 .愛(ài)因斯坦的光電效應(yīng)方程。(1)光子說(shuō)：光不是 的，而是一份一份的，每一份光叫一個(gè)光子

8、，一個(gè)光子的能量為。(2)逸出功：使電子脫離某種金屬所做功的 ，用W0表示，不同金屬的逸出功不同。(3) 光電效應(yīng)方程為 。5 .康普頓效應(yīng)(1)光的散射：光在介質(zhì)中與 相互作用，光的傳播 發(fā)生改變的現(xiàn)象叫做光的 散射。(2)康普頓效應(yīng)：在散射線中，除有與入射波長(zhǎng) 的射線外，還有波長(zhǎng)比入射波長(zhǎng) 的射線，人們把這種波長(zhǎng)變化的現(xiàn)象叫做康普頓效應(yīng)。6 .光子的動(dòng)量在狹義相對(duì)論中：一定的質(zhì)量 m與一定的能量E相對(duì)應(yīng)，即 。由此可推出光 子的動(dòng)量的表達(dá)式為 ?！绢A(yù)習(xí)檢測(cè)】1.在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中， 原來(lái)不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用紫外燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器的指針就張開了一個(gè)角度， 如圖所示，這時(shí)

9、() 驗(yàn)電器 鋅板 紫警A.鋅板帶正電，指針帶負(fù)電B.鋅板帶正電，指針帶正電C.鋅板帶負(fù)電，指針帶正電D.鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電2 .某種單色光照射金屬時(shí)不能產(chǎn)生光電效應(yīng)，則下述措施中可能使該金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的是（ ）A.延長(zhǎng)光照時(shí)間B.換用頻率較低的光照射C.增大光的強(qiáng)度D.換用波長(zhǎng)較短的光照射3 .用某種單色光照射某種金屬表面，發(fā)生光電效應(yīng)，現(xiàn)將該單色光的強(qiáng)度減弱，則（）A.光電子的最大初動(dòng)能不變B.光電子的最大初動(dòng)能減少C.單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)減少D.可能不發(fā)生光電效應(yīng)4 .關(guān)于光電效應(yīng)，以下說(shuō)法正確的是（）A.光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比B.光電子的最大初動(dòng)能越大，形成的

10、光電流越強(qiáng)C.能否產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，決定于入射光光子的能量是否大于或等于金屬的逸出功D.用頻率是用的綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng)，改用頻率是V2的黃光照射該金屬一定不發(fā)生光電效應(yīng)5 .康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動(dòng)量，圖給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運(yùn)動(dòng)方向，則碰后光子可能沿方向 運(yùn)動(dòng)（填“1”、“2”、“3”），并且波長(zhǎng) （填“不變” “變小”或“變長(zhǎng)”）。hv6 .紫外線光子的動(dòng)量為,一個(gè)靜止的 03吸收了一個(gè)紫外線光子后c（ ）A.仍然靜止B.沿著光子原來(lái)運(yùn)動(dòng)的方向運(yùn)動(dòng)C.沿光子運(yùn)動(dòng)相反方向運(yùn)動(dòng)D.運(yùn)動(dòng)方向不能確定參考答案【課前預(yù)習(xí)】1. （1）電子， （2）光2. （1）

11、入射光的強(qiáng)度，（2）入射光的頻率，（3）截止頻率，（4）同時(shí)的3. （1）頻率，振幅；（2）瞬時(shí)4. (1)連續(xù)，hv,(2)最小值，(3) Ek hv w05. (1)物質(zhì)粒子，方向，(2)相同，長(zhǎng)6. E mc2,P h【預(yù)習(xí)檢測(cè)】1. B, 2 . D, 3 . AG 4 . C, 5.1,變長(zhǎng)，6 . D堂中互動(dòng)【典題探究】【例1】如圖所示，一驗(yàn)電器與鋅板相連，在A處用一紫外線燈照射鋅板，關(guān)燈后，指針保持一定偏角。(1)現(xiàn)用一帶負(fù)電的金屬小球與鋅板接觸，則驗(yàn)電器指針偏角將 (填“增大”“減小”或“不變”)。(2)使驗(yàn)電器指針回到零，再用相同強(qiáng)度的鈉燈發(fā)出的黃光照射鋅板，驗(yàn)電器指針無(wú)偏轉(zhuǎn)

12、。那么，若改用強(qiáng)度更大的紅外線燈照射鋅板，可觀察到驗(yàn)電器指針 (填“有”或“無(wú)”) 偏轉(zhuǎn)。答案(1)減小(2)無(wú)R解析1 (1)當(dāng)用紫外光照射鋅板時(shí)，鋅板發(fā)生光電效應(yīng)，放出光電子而帶上了正電，此時(shí)與鋅板連在一起的驗(yàn)電器也帶上了正電，從而指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。當(dāng)帶負(fù)電的小球與鋅板接觸后，中和了一部分正電荷，從而使驗(yàn)電器的指針偏轉(zhuǎn)減小。(2)使驗(yàn)電器指針回到零，用鈉燈黃光照射，驗(yàn)電器指針無(wú)偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明鈉燈黃光的頻率小于截止頻率，紅外光比鈉燈黃光的頻率還要低，更不可能發(fā)生光電效應(yīng)。能否發(fā)生光電效應(yīng)與入射 光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)?！纠?】分別用 和3的單色光照射同一金屬， 發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能之比為1 : 2。以h

13、4表示普朗克常量，c表示真空中的光速，則此金屬板的逸出功是多大？R解析1設(shè)此金屬的逸出功為W根據(jù)光電效應(yīng)方程得如下兩式，一一 ，一一，hc當(dāng)用波長(zhǎng)為 的光照射時(shí)：Ek1 上W當(dāng)用波長(zhǎng)為3的光照射時(shí)：Ek2 4hc W43又E12,解得w等【例3】某同學(xué)為了測(cè)量普朗克常量，利用研究光電效應(yīng)的電路，用能夠產(chǎn)生光電效應(yīng)的兩種(或多種)已知頻率的光來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)出了遏止電壓Uc v圖象如圖所示，根據(jù)圖象，可測(cè)得普朗克常量為。R解析 1 Ek hv W0根據(jù)電場(chǎng)力做功特點(diǎn) Ek Uce c所以 U ce hv Wo即 Uc hv Wce e直線的傾斜程度反應(yīng)了e UPh c 1.6 10vh的大小，所以

14、e190.2 j 0.5 1014hUccevs 6.4 10 34 J s.第十七章波粒二象性概率波和不確定關(guān)系學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1 . 了解概率波的概念，體會(huì)微觀粒子波粒二象性模型的建立過(guò)程。2 .初步了解不確定關(guān)系的內(nèi)容，了解模型在物理學(xué)發(fā)展中的重要作用及其局限性。重重點(diǎn)難點(diǎn)】1 .通過(guò)光的干涉、衍射現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)理解光波以及物質(zhì)波是一種概率波。2 .概率波的本質(zhì)含義。【課前預(yù)習(xí)】1 .概率波(1)經(jīng)典物理學(xué)中粒子運(yùn)動(dòng)的基本特征： 任意時(shí)刻有確定的 和 以及有確定的(2)經(jīng)典的波的特征：具有 和,也就是具有時(shí)空的 。(3)從概率波的角度看，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，單個(gè)光子通過(guò)雙縫到屏上的落點(diǎn)無(wú)法預(yù)測(cè)

15、，體現(xiàn)了單個(gè)光子運(yùn)動(dòng)的不確定性，而大量光子通過(guò)狹縫后呈現(xiàn)出干涉條紋，體現(xiàn)出大量光子的運(yùn)動(dòng)受波動(dòng)規(guī)律的支配，亮紋處表示光子在這些區(qū)域出現(xiàn)的概率大，暗紋處表示光子在這些區(qū)域出現(xiàn)的概率小，因此光波是一種概率波。2 .不確定關(guān)系(1)微觀粒子不可能同時(shí)具有 的位置和動(dòng)量。粒子位置的不確定量x越,動(dòng)量的不確定量 p就越大，反之亦然。(2)不確定關(guān)系式 x p上-表明：微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)測(cè)準(zhǔn)，它本質(zhì)上是微觀粒4子具有波粒二象性的必然反映。【預(yù)習(xí)檢測(cè)】1 .關(guān)于物質(zhì)波，下列認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤的是()A.任何運(yùn)動(dòng)的物體都伴隨著一種波，這種波叫物質(zhì)波8. X射線的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的C.電子的衍射

16、實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的D.運(yùn)動(dòng)的質(zhì)子盡管具有波動(dòng)性，但它不能產(chǎn)生干涉、衍射現(xiàn)象2 .光通過(guò)單縫所發(fā)生的現(xiàn)象，用位置和動(dòng)量的不確定關(guān)系的觀點(diǎn)加以解釋，正確的是()A.單縫寬，光沿直線傳播，這是因?yàn)閱慰p寬，位置不確定量x大，動(dòng)量不確定量 p小，可以忽略B.當(dāng)能發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象時(shí)，動(dòng)量不確定量p就不能忽略C.單縫越窄，中央亮紋越寬，是因?yàn)槲恢貌淮_定量小，動(dòng)量不確定量大的緣故D.以上解釋都是不對(duì)的3.經(jīng)150V電壓加速的電子束，沿同一方向射出，穿過(guò)鋁箔后射到其后的屏上，則()A.所有電子的運(yùn)動(dòng)軌跡均相同B.所有電子到達(dá)屏上的位置坐標(biāo)均相同C.電子到達(dá)屏上的位置坐標(biāo)可用牛頓運(yùn)動(dòng)定律確定D.電子到

17、達(dá)屏上的位置受波運(yùn)動(dòng)規(guī)律支配，無(wú)法用確定的坐標(biāo)來(lái)描述它的位置15參考答案【課前預(yù)習(xí)】1. (1)位置，速度，軌道,(2)頻率，波長(zhǎng)，周期性2. (1)確定，小【預(yù)習(xí)檢測(cè)】1. D, 2 . ABC 3 . D堂中互動(dòng)【典題探究】【例題1】在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中， 中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個(gè)光強(qiáng)的95%以上。假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)光子通過(guò)單縫，那么該光子()。A. 一定落在中央亮紋處B. 一定落在亮紋處C.可能落在暗紋處D.落在中央亮紋處的可能性最大R解析1根據(jù)光的概率波的概念，對(duì)于一個(gè)光子通過(guò)單縫落在何處，是不可確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處，可達(dá)到95%A上。當(dāng)然也可落在其他亮紋處，還可能落

18、在暗紋處，不過(guò)落在暗紋處的概率很小，故C D正確。答案C、D【例題2】一顆質(zhì)量為10g的子彈，具有200m/s的速率，若其動(dòng)量的不確定范圍為動(dòng)量的0.01%,則該子彈位置的不確定范圍為多大？R解析1對(duì)子彈，利用不確定關(guān)系式：x p>,得：4、hhhx2s 4 P 4 0.01% p 40.01%mv代入數(shù)據(jù)得 x> 2.6 1031m第十七章波粒二象性章末復(fù)習(xí)【知識(shí)網(wǎng)絡(luò)梳理】熱輻射黑體輻射波粒二象性現(xiàn)象：光現(xiàn)象 轉(zhuǎn)化電現(xiàn)象本質(zhì)：電子 吸收光子光電子結(jié)論：光具有粒子性上了光的粒子性光電效應(yīng)光具有波粒二象性光子說(shuō)：光子能量hv光電效應(yīng)方程：Ekhv W黑體與黑體輻射能量的量子化普朗克假

19、設(shè)康普頓效應(yīng)光子的動(dòng)量光子的波動(dòng)性：光波是概率波粒子的波動(dòng)性不確定性關(guān)系:物質(zhì)波 -p概率波> hx p>4【知識(shí)要點(diǎn)與方法指導(dǎo)】一、重點(diǎn)、難點(diǎn)、方法要澄清一些容易混淆的概念，如“光子”、“光電子”、“光子的能量”與“光電子的最大初動(dòng)能”等，這對(duì)理解光電效應(yīng)的規(guī)律具有重要意義。1 .“光子”與“光電子”光子是指光在空間傳播時(shí)的每一份能量（即能量是不連續(xù)的），光子不帶電，是微觀領(lǐng)域中的一種粒子，而光電子是金屬表面受光照射時(shí)發(fā)射出來(lái)的電子，因而其本質(zhì)就是電子。2 .“光子的能量”與“入射光的強(qiáng)度”光子的能量是一份一份的，每一份能量為E hv,其大小由光的頻率決定，而入射光的強(qiáng)度是指單位

20、時(shí)間內(nèi)入射光中包含光子數(shù)的多少，入射光的強(qiáng)度可表示為 p nhv,其中n為單位時(shí)間的光子數(shù)。3 .“光電子的最大初動(dòng)能”與“光電子的動(dòng)能”光照射到金屬表面時(shí)，電子吸收光子的能量，只需克服原子核的引力做功就能從金屬表面逸出，那么這些光電子具有最大初動(dòng)能，其值為Ekm hv W （式中W的金屬的逸出功），而不從金屬表面發(fā)射的光電子，在逸出的過(guò)程中損失的能量會(huì)更多，所以此時(shí)光電子的動(dòng)能EkEkm。二、要點(diǎn)深化在光電效應(yīng)現(xiàn)象中，入射光的頻率、強(qiáng)度對(duì)光電效應(yīng)規(guī)律有什么影響，概括如下：1 .入射光的頻率決定光子的能量決定光電子的最大初動(dòng)能。2 .入射光的強(qiáng)度決定單位時(shí)間內(nèi)接收的光子數(shù)決定單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光

21、電子數(shù)。3 .光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是：光現(xiàn)象引起電現(xiàn)象。4 .關(guān)于Ekm v圖線如圖所示，由圖線可以得到的物理量：極限頻率：圖線與橫軸交點(diǎn)的橫坐標(biāo)值v0；逸出功：圖線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值W0 E；普朗克常量：圖線的斜率 k ho5 .正確理解波粒二象性： 波粒二象性中的波是一種概率波，對(duì)大量光子才有意義，波粒二象性中所說(shuō)的粒子是指其不連續(xù)性，是一份能量。大量光子的作用效果往往表現(xiàn)為波動(dòng)性，個(gè)別光子的作用效果往往表現(xiàn)為粒子性?！镜漕}探究】【例1】已知能使某金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)的極限頻率為v0 （）A.當(dāng)用頻率為2%的單色光照射該金屬時(shí)，一定能產(chǎn)生光電子B.當(dāng)用頻率為2 vo的單色光照射該金屬時(shí)，所產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能為hvoC.當(dāng)照射光的頻率 v大于V。時(shí)，若v增大，則逸出功增大D.當(dāng)照射光的頻率