波粒二象性導(dǎo)學(xué)案

第十七章波粒二象性7.1能量量子化【教學(xué)目標(biāo)］了解什么是熱輻射及熱輻射的特性，了解黑體與黑體輻射了解黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，了解黑體熱輻射的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系了解能量子的概念重點(diǎn)：能量子的概念。難點(diǎn)：黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律?！咀灾黝A(yù)習(xí)】1?熱輻射：我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，這種輻射與物體的有關(guān),叫做熱輻射。黑體：如果某種物體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波光而不發(fā)生反射，這種物體就是絕對(duì)黑體，簡(jiǎn)稱。一般材料物體的輻射規(guī)律：輻射電磁波的情況除與 有關(guān)外，還與材料的種類和表面狀況有關(guān)。黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律：黑體輻射的電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體白有關(guān)，（1） 隨著溫度的升高，各種波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度都。（2） 隨著溫度的升高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)的方向移動(dòng)。普朗克認(rèn)為，帶電微粒的能量只能是某一最小能量E（稱為能量子）的整數(shù)倍，當(dāng)帶電微粒輻射或吸收能量時(shí)，也是以這個(gè)最小能量值為單彳 輻射或吸收的，這個(gè)最小的不可再分的能力值叫做。能量子大?。?=hv其中v是電磁波的頻率，h稱為普朗克常量。h=6.626X1034J.s,一般取h=6.63X1034J.s.能量的量子化：在微觀世界中，能量的，或者說(shuō)微觀粒子的能量是的?！镜湫屠}】【例1】納米技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用到社會(huì)生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面.將激光束的寬度聚光到納米級(jí)范圍內(nèi)，可以精確地修復(fù)人體損壞的器官.糖尿病引起視網(wǎng)膜病變是導(dǎo)致成年人失明的一個(gè)重要原因，利用聚光到納米級(jí)的激光束進(jìn)行治療，90%的患者都可以避免失明的嚴(yán)重后果.一臺(tái)功率為10WM激光器，能發(fā)出波長(zhǎng)入=500nm的激光，用它“點(diǎn)焊”視網(wǎng)膜，每次“點(diǎn)焊”需要2X10-3J的能量，貝0每次“點(diǎn)焊”視網(wǎng)膜的時(shí)間是多少？在這段時(shí)間內(nèi)發(fā)出的激光光子的數(shù)量是多少？E2x10-3解析：(1)根據(jù)E=Pt,所以t二一= s=2X10-4s.P10(2)由E=nEQ=nh|-得:EX2x10-3x500x10-9n=——= 個(gè)二5X1015個(gè).he6.63x10-34x3.0x10s【課后練習(xí)】以下宏觀概念中，那些是“量子化”的？物體的長(zhǎng)度物體所受的重力物體的動(dòng)能人的個(gè)數(shù)根據(jù)愛因斯坦光子說(shuō)，光子能量等于（h為普朗克常量，c、A為真空中的光速和波長(zhǎng)）（）TOC\o"1-5"\h\zc X hA.h B.h C.h XD.Ac X一激光器發(fā)光功率為P,發(fā)出的激光在折射率為〃的介質(zhì)中波長(zhǎng)為刀若在真空中速度為c,普朗克常量為則下列敘述正確的是（）該激光在真空中的波長(zhǎng)為以該激光的頻率為：該激光器在，S內(nèi)輻射的能量子數(shù)為汽Pt）該激光器在"內(nèi)輻射的能量子數(shù)為書光是一種電磁波，可見光的波長(zhǎng)的大致范圍是400?760nmo400nm,760nm電磁波輻射的能量子￡的只是多少？課后練習(xí)答案TOC\o"1-5"\h\zDA解析：本題考查光子能量公式和光速公式，光子的能量由頻率決定，頻率又和光速、波長(zhǎng)有關(guān)系.選A.所以光子的能量斤hc_E"AC解析：激光在介質(zhì)中的折射率〃=§=學(xué)=手，故激光在真空中的波長(zhǎng)A=nX,A正確；激光頻VAVA 0c PtnX率"==項(xiàng)B錯(cuò)誤；由能量關(guān)系Pt=Ns,c=Av,A=nk及§=加得N=~,C正確，D錯(cuò)誤。hv=h5可求解。A第十七章波粒二象性7.2光的粒子性【教學(xué)目標(biāo)］通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。知道愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義。了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動(dòng)量重點(diǎn)：光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。難點(diǎn)：愛因斯坦光電效應(yīng)方程以及意義?！咀灾黝A(yù)習(xí)】當(dāng)光線照射在金屬表面時(shí)，金屬中有的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)。逸出的電子稱為0光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律：光電流與光強(qiáng)的關(guān)系飽和光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比。截止頻率vc---對(duì)于每種金屬材料，都相應(yīng)的有一確定的截止頻率VC0當(dāng)入射光頻率V>VC時(shí)，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率V<vc時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)多大也無(wú)電子逸出金屬表面。光電效應(yīng)是瞬時(shí)的。從光開始照射到光電逸出所需時(shí)間<10-9so愛因斯坦的光量子假設(shè)內(nèi)容：光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)以能量為hv的微粒形式出現(xiàn)，而且在空間傳播時(shí)也是如此。也就是說(shuō),頻率為v的光是由大量能量為8=hv光子組成的粒子流，這些光子沿光的傳播方向以光速c運(yùn)動(dòng)。愛因斯坦光電效應(yīng)方程：在光電效應(yīng)中金屬中的電子吸收了光子的能量，一部分消耗在電子逸出功中，另一部分變?yōu)楣怆娮右莩龊蟮膭?dòng)能Ek0由能量守恒可得出：hv=E+Wk0為電子逸出金屬表面所需做的功，稱為逸出功；E=—mV2為光k2 。愛因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋：.光強(qiáng)大，光子數(shù)多，釋放的光電子也多，所以光電流也大。.電子只要吸收一個(gè)光子就可以從金屬表面逸出，所以不需時(shí)間的累積。.從方程可以看出光電子初動(dòng)能和照射光的頻率成線性關(guān)系。⑷.從光電效應(yīng)方程中，當(dāng)初動(dòng)能為零時(shí)，可得極極限頻率。康普頓效應(yīng)光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播,這種現(xiàn)象叫做光的散射1923年康普頓在做X射線通過(guò)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長(zhǎng)相同的射線外，還有比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線，其波長(zhǎng)的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長(zhǎng)和散射物質(zhì)都無(wú)關(guān)。散射中出現(xiàn)的現(xiàn)象，稱為康普頓散射?？灯疹D散射曲線的特點(diǎn)：⑴除原波長(zhǎng)荷外出現(xiàn)了移向長(zhǎng)波方向的新的散射波長(zhǎng)入o⑵新波長(zhǎng)X隨散射角的增大而增大。AX=X-X0光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋：康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰撞的結(jié)果，具體解釋如下：（1） 若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)。（2） 若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個(gè)原子交換能量由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長(zhǎng)不變。（3） 因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長(zhǎng)改變和散射角有關(guān)。光子的能量和動(dòng)量9E=mCE=hyhy hy hy:.m=——/.p=me=——c=——=C2 C2 C【典型例題】【例1】一束綠光照射某金屬發(fā)生了光電效應(yīng)，則下列說(shuō)法正確的是（）若增加綠光的照射強(qiáng)度，則逸出的光電子數(shù)增加若增加綠光的照射強(qiáng)度，則逸出的光電子的最大初動(dòng)能增加若改用紫光照射，則可能不會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)若改用紫光照射，則逸出的光電子的最大初動(dòng)能增加【例2］用波長(zhǎng)為2.0X10-7m的紫外線照射鈞的表面，釋放出來(lái)的光電子中最大的動(dòng)能是4.7X10-19J,由此可知，鈞的極限頻率是（普朗克常量h=6.63X10-34J-s,光速c=3.0X108m/s,結(jié)果取兩位有效數(shù)字）（）5.5X1014Hz B.7.9X1014HzC.9.8X1014Hz D.1.2X1015Hz【例4】科學(xué)研究證明，光子有能量也有動(dòng)量，當(dāng)光子與電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子假設(shè)光子與電子碰撞前的波長(zhǎng)為入，碰撞后的波長(zhǎng)為入',則碰撞過(guò)程中（）能量守恒，動(dòng)量守恒，且入=A'能量不守恒，動(dòng)量不守恒，且入=A'能量守恒，動(dòng)量守恒，且入＜A'能量守恒，動(dòng)量守恒，且入＞A【例5】康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動(dòng)量如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)，并且波長(zhǎng)（選填“不變”、“變短”或“變長(zhǎng)”）.【課后練習(xí)］下列關(guān)于光子的說(shuō)法中，正確的是（）在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子光子的能量由光強(qiáng)決定，光強(qiáng)大，每份光子的能量一定大光子的能量由光頻率決定，其能量與它的頻率成正比光子可以被電場(chǎng)加速愛因斯坦因提出了光量子概念并成功地解釋光電效應(yīng)的規(guī)律而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).某種金屬逸出光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光頻率v的關(guān)系如圖所示，其中v0為極限頻率.從圖中可以確定的是?（填選項(xiàng)前的字母） |EkmTOC\o"1-5"\h\z逸出功與v有關(guān) B.E與入射光強(qiáng)度成正比 /KM /當(dāng)v<v0時(shí)，會(huì)逸出光電子 /圖中直線的斜率與普朗克常量有關(guān) /1905年是愛因斯坦的“奇跡”之年，這一年他先后發(fā)表了三篇具有劃時(shí)代意切勺論文,其中關(guān)于光量子的理論成功地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象.關(guān)于光電效應(yīng)，下列說(shuō)法正 勺當(dāng)入射光的頻率低于極限頻率時(shí)，不能發(fā)生光電效應(yīng)光電子的最大初動(dòng)能與入射光的頻率成正比光電子的最大初動(dòng)能與入射光的強(qiáng)度成正比某單色光照射一金屬時(shí)不發(fā)生光電效應(yīng),改用波長(zhǎng)較短的光照射該金屬可能發(fā)生光電效應(yīng)關(guān)于能量量子化和光的粒子性，下列說(shuō)法正確的是（）黑色的物體是黑體光電子不是光子，光電子本質(zhì)上是電子隨著溫度的升高，黑體的輻射強(qiáng)度都有增加，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移動(dòng)光子的質(zhì)量是指它的相對(duì)論質(zhì)量，俗稱動(dòng)質(zhì)量，沒有靜止質(zhì)量下列敘述錯(cuò)誤的是（）一切物體都在輻射電磁波一般物體輻射電磁波的情況只與溫度有關(guān)黑體輻射電磁波的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布只與黑體溫度有關(guān)黑體能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波某種金屬在單色光照射下發(fā)出光電子，光電子的最大初動(dòng)能（）隨照射光強(qiáng)度的增大而增大隨照射光頻率的增大而增大隨照射光波長(zhǎng)的增大而增大與照射光的照射時(shí)間無(wú)關(guān)用波長(zhǎng)為入1和入2的單色光A和B分別照射兩種金屬C和D的表面.單色光A照射兩種金屬時(shí)都能產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象；單色光B照射時(shí)，只能使金屬C產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，不能使金屬D產(chǎn)生光電效應(yīng)現(xiàn)象.設(shè)兩種金屬的逸出功分別為WC和WD,則下列選項(xiàng)正確的是（）A1A1>A2,WOWDA1>A2,WC<WDA1<A2,WOWDA1<A2,WC<WDA1<A2,WOWDA1<A2,WC<WD如圖所示，陰極K用極限波長(zhǎng)是入0=0.66pm的金屬車色制成，用波長(zhǎng)A=0.50pm的綠光照射陰極K,調(diào)整兩個(gè)極板電壓.當(dāng)A板電壓比陰極高出2.5V時(shí)，光電流達(dá)到飽和，電流表G的示數(shù)為0.64pA.求:課后練習(xí)答案：TOC\o"1-5"\h\zA、C.解析:按照愛因斯坦的光子說(shuō)，在空間傳播的光不是連續(xù)的，而是一份一份的，每一份叫做一個(gè)光子，光子的能量E=hv，與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)，故A、C正確，B錯(cuò)誤；光子不帶電，不能被電場(chǎng)加速，D錯(cuò)誤.D.解析：金屬的逸出功與入射光無(wú)關(guān)，A錯(cuò)；光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，B錯(cuò)；當(dāng)入射光的頻率小于極限頻率，不能發(fā)生光電效應(yīng)現(xiàn)象，C錯(cuò)；據(jù)光電效應(yīng)方程可知圖象的斜率與普朗克常量有關(guān)，D對(duì).A、D解析：根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，只有入射光頻率大于極限頻率才能發(fā)生光電效應(yīng)，故A、D正確；根據(jù)光電效應(yīng)方程，最大初動(dòng)能與入射光頻率為線性關(guān)系，但非正比關(guān)系,B錯(cuò)；根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān),C錯(cuò)。B、D.解析：選黑色物體并不一定就是黑體，黑體是指能夠完全吸收入射的各種波長(zhǎng)的電磁波而不發(fā)生反射的物體；當(dāng)照射光的頻率大于某種金屬的極限頻率時(shí)，照射到金屬表面的光，能使金屬中的電子從其表面逸出，逸出的電子稱為光電子，其本質(zhì)就是電子；對(duì)于黑體輻射，隨著溫度的升高，黑體的輻射強(qiáng)度都有增加，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較短的方向移動(dòng)；由于光不能靜止下來(lái)，因此光子沒有靜止質(zhì)量，光子的質(zhì)量是指它的相對(duì)論質(zhì)量，俗稱動(dòng)質(zhì)量故B、D正確.TOC\o"1-5"\h\zB解析：我們周圍的一切物體都在輻射電磁波，故A正確；根據(jù)熱輻射和黑體輻射的特點(diǎn)知，一般物體輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外，還與材料種類和表面狀況有關(guān)，而黑體輻射只與黑體的溫度有關(guān)，B錯(cuò)誤，C正確；根據(jù)黑體的定義知D正確.B、D解析:根據(jù)光電效應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,光電子的最大初動(dòng)能隨照射光頻率的增大而增大，與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，入射光的強(qiáng)度只是與光電流有關(guān)；而光子的波長(zhǎng)增大其頻率反而減小，能否發(fā)生光電效應(yīng)以及光電子的最大初動(dòng)能與照射時(shí)間都沒有關(guān)系.故選項(xiàng)B、D正確.C解析：能量守恒和動(dòng)量守恒是自然界的普遍規(guī)律，適用于宏觀世界也適用于微觀世界.光子與電子碰撞時(shí)遵循這兩個(gè)守恒規(guī)律.光子與電子碰撞前光子的能量E=hv=h當(dāng)光子與電子c 入碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子，光子的能賢hv，=h偵，由e>Ez,可知入<A',A選項(xiàng)c正確.(1)4.0X1012個(gè)9.6X10-20J (2)8.0X1012個(gè)4.96X10-19JUAK=-0.6V解析：題目中的光電流達(dá)到飽和是指光電流達(dá)到最大值.因?yàn)楣怆娏魑催_(dá)到最大值之前，其值大小不僅與入射光強(qiáng)度有關(guān)，還跟光電管兩極的電壓有關(guān)，只有在光電流達(dá)到最大以后才和入射光的強(qiáng)度成正比.光電流達(dá)到飽和時(shí)，陰極發(fā)射的光電子全部到達(dá)陽(yáng)極A,所以陰極每秒鐘發(fā)射的光電子的個(gè)數(shù):根據(jù)光電效應(yīng)方程：Ek=hv-W,代入可求得Ek=9.6X10-20J.若入射光的頻率不變，光的強(qiáng)度加倍，則陰極每秒發(fā)射的光電子數(shù)也加倍，即nz=2n=8.0X1012個(gè).根據(jù)Ek=hv-W可知，光電子的最大初動(dòng)能不變由于A、K之間電勢(shì)差是2.5V,所以電子到達(dá)A極時(shí)的最大動(dòng)能為：Ekz=Ek+eU=4.96X10-19J光電子的最大初動(dòng)能Ek=9.6X10-20J=0.6eV.若使G中電流為零，光電子到達(dá)A極時(shí)克服電場(chǎng)力做功至少為W=eU=Ek,解得U=0.6V,即UAK=-O.6V.第十七章波粒二象性6.3粒子波動(dòng)性【教學(xué)目標(biāo)］了解光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性。知道實(shí)物粒子和光子一樣具有波粒二象性。知道德布羅意波的波長(zhǎng)和粒子動(dòng)量關(guān)系。重點(diǎn)：實(shí)物粒子和光子一樣具有波粒二象性，德布羅意波長(zhǎng)和粒子動(dòng)量關(guān)系。難點(diǎn)：實(shí)物粒子的波動(dòng)性的理解?！咀灾黝A(yù)習(xí)】光的波粒二象性光的本性大量光子產(chǎn)生的效果顯示出，比如阻、、的現(xiàn)象表明光在傳播中具有波動(dòng)性電。個(gè)別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出 ，比如、等光子與電子作用是一份一份進(jìn)行的，這都體現(xiàn)了光的粒子性。光既具有又具有,光具有o光的能量和動(dòng)量光的能量：￡一光的動(dòng)量：P=意義：能量8和動(dòng)量P是描述物質(zhì)的的重要物理量；波長(zhǎng)人和頻率y是描述物質(zhì)性的典型物理量，因此8=和？=揭示了光的粒子性和波動(dòng)性之間的密切關(guān)系。光的波動(dòng)性德布羅意波每一個(gè)的粒子都與一個(gè)相應(yīng)的波相聯(lián)系，這種與相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也叫做0物質(zhì)波的波長(zhǎng)、頻率之間的關(guān)系式X=y=【典型例題］【例1】關(guān)于光的本性，下列說(shuō)法中正確的是()關(guān)于光的本性，牛頓提出“微粒說(shuō)”，惠更斯提出“波動(dòng)說(shuō)”，愛因斯坦提出“光子說(shuō)”，它們都說(shuō)明了光的本性光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子光的干涉、衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性光的波粒二象性是將牛頓的粒子說(shuō)和惠更斯的波動(dòng)說(shuō)真正有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)【例2】質(zhì)量為1000kg的小汽車以v=40m/s的速度在高速公路上行駛，試估算小汽車的德布羅意波的波長(zhǎng)【例3］如果一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)量為10g的子彈都以103m/s的速度運(yùn)動(dòng)，則它們的德布羅意波的波長(zhǎng)分別是多長(zhǎng)？（中子的質(zhì)量為1.67X10-27kg）【課后練習(xí)】對(duì)于物質(zhì)波的理解，以下說(shuō)法正確的是（）任何運(yùn)動(dòng)的物體（質(zhì)點(diǎn)）都伴隨一種波，這種波叫物質(zhì)波我們平時(shí)見到的機(jī)械波比如湖面上形成的水波就是物質(zhì)波通常情況下，電子比質(zhì)子的波長(zhǎng)長(zhǎng)核外電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)，并沒有確定的軌道對(duì)光的認(rèn)識(shí)，以下說(shuō)法正確的是（）個(gè)別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性光的波動(dòng)性是由于光子間的相互作用而形成的光表現(xiàn)出波動(dòng)性時(shí)，就不具有粒子性了，光表現(xiàn)出粒子性時(shí)，就不具有波動(dòng)性了光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場(chǎng)合下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯，在另外某種場(chǎng)合下，光的粒子性表現(xiàn)明顯能夠證明光具有波粒二象性的現(xiàn)象是（）光的干涉、衍射現(xiàn)象和光電效應(yīng)光的反射與小孔成像光的折射與偏振現(xiàn)象光的干涉、衍射與光的色散頻率為v的光子，德布羅意波波長(zhǎng)為人=2能量為E,則光的速度為（）PEA/hB.PEC.E/P D.h^/EP為了觀察晶體的原子排列，采用了以下兩種方法：（1）用分辨率比光學(xué)顯微鏡更高的電子顯微鏡成像（由于電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)很短，能防止發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，因此，電子顯微鏡的分辨率高；（2）利用X射線或中子束得到晶體的衍射圖樣，進(jìn)而分析出晶體的原子排列.以下正確的是（）電子顯微鏡所利用的是，電子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)比原子尺寸小得多電子顯微鏡中電子束運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)很小要獲得晶體的X射線衍射圖樣，X射線波長(zhǎng)要遠(yuǎn)小于原子的尺寸中子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)可以與原子尺寸相當(dāng)下列物理實(shí)驗(yàn)中，能說(shuō)明粒子具有波動(dòng)性的是（）通過(guò)研究金屬的遏止電壓與入射光頻率的關(guān)系，證明了愛因斯坦方程的正確性通過(guò)測(cè)試多種物質(zhì)對(duì)X射線的散射，發(fā)現(xiàn)散射射線中有波長(zhǎng)變大的成分通過(guò)電子雙縫實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電子的干涉現(xiàn)象利用晶體做電子束衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了電子的波動(dòng)性在中子衍射技術(shù)中，常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波波長(zhǎng)與晶體中原子間距相近，已知中子質(zhì)量m=l.67X10-27kg,朗克常量h=6.63X10-34J-s,可以估算德布羅意波波長(zhǎng)A=1.82X10-10m的熱中子動(dòng)能的數(shù)量級(jí)為（）A.10-17JB.10-19JC.10-21JD.10-24J關(guān)于光的波粒二象性的理解，正確的是（）大量的光子中有些光子表現(xiàn)出波動(dòng)性，有些光子表現(xiàn)出粒子性光在傳播時(shí)是波，而與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子高頻光是粒子，低頻光是波波粒二象性是光的屬性，有時(shí)它的波動(dòng)性顯著，有時(shí)它的粒子性顯著質(zhì)量m=50kg的人，以v=15m/s的速度運(yùn)動(dòng)，試求人的德布羅意波波長(zhǎng)？現(xiàn)用電子顯微鏡觀測(cè)線度為d的某生物大分子的結(jié)構(gòu).為滿足測(cè)量要求,將顯微鏡工作時(shí)電子的德布羅意波波長(zhǎng)設(shè)定為其中n〉l.已知普朗克常量h、電子質(zhì)量m和電子電荷量e,電子的初速度不計(jì)，則顯微鏡工作時(shí)電子的加速電壓應(yīng)為多少？課后練習(xí)答案：A、C、D解析:選A、C、D.據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論可知，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)，都有一種波與之相對(duì)應(yīng)，這種波就叫物質(zhì)波，A選項(xiàng)正確.機(jī)械波不是物質(zhì)波，湖面上形成的水波是機(jī)械波不是物質(zhì)波，B錯(cuò).電子的動(dòng)量比質(zhì)子的動(dòng)量往往要小一些，由波長(zhǎng)公式知，電子的德布羅意波波長(zhǎng)要長(zhǎng)，C正確.由于電子的波動(dòng)性，核外電子繞核運(yùn)動(dòng)不可能有確定的軌道，D正確.TOC\o"1-5"\h\zA、D.解析:選A、D.個(gè)別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性，A正確；當(dāng)光和物質(zhì)作用時(shí)，是“一份一份”的，表現(xiàn)出粒子性，并不是光子間的相互作用,B錯(cuò)誤；光的傳播表現(xiàn)為波動(dòng)性，光的波動(dòng)性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性，只是表現(xiàn)明顯與否，不容易觀察并不說(shuō)明不具有A解析:選A.小孔成像說(shuō)明光沿直線傳播，選項(xiàng)C、D說(shuō)明光的波動(dòng)性.故選項(xiàng)A正確.A、C.A、D解析：由題目所給信息“電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)很短，能防止發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象”及發(fā)生衍射現(xiàn)象的條件可矢口，電子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)比原子尺寸小得多，A項(xiàng)正確；由信息“利用X射線或中子束得到晶體的衍射圖樣”及發(fā)生衍射現(xiàn)象的條件可知，中子的物質(zhì)波或X射線的波長(zhǎng)與原子尺寸相當(dāng)，D項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò).TOC\o"1-5"\h\zC、D.解析:干涉和衍射是波特有的現(xiàn)象.由于X射線本身就是一種波，而不是實(shí)物粒子，故X射線有波長(zhǎng)變大的成分，并不能證實(shí)物質(zhì)波理論的正確性，即A、B并不能說(shuō)明粒子的波動(dòng)性，證明粒子的波動(dòng)性只能是C、D.故選項(xiàng)C、D正確.C一h解析：由久二h/p知熱中子的動(dòng)量P=—,又p2=2mEk, \p2*h2 \6.63x10-34z以熱中子動(dòng)能： E=-—=— - / V J~4x10-21J.故選項(xiàng)C正確。'2m2狷m2xll.82xlO-io>xl.67xlO-27D8.8X10-37m解析：由德布羅意波公式得X=—=——= "7 m=8.8x10-37mpmv 50x15上面的結(jié)果說(shuō)明宏觀物體的波動(dòng)性是不顯著的，對(duì)宏觀物體不必考慮其波動(dòng)性，只考慮其粒子性即可.n2h22emd2 , ,° h d由德布羅意波公式X= =P n得p_nh_dPnp2n2h2而E_ Ju _ =eUk 2m2md2n2h2解得U= 2emd2第十七章波粒二象性6.4概率波【教學(xué)目標(biāo)］了解微粒說(shuō)的基本觀點(diǎn)及對(duì)光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問(wèn)題.了解波動(dòng)說(shuō)的基本觀點(diǎn)及對(duì)光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問(wèn)題.了解事物的連續(xù)性與分立性是相對(duì)的，了解光既有波動(dòng)性，又有粒子性重點(diǎn)：人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)的發(fā)展過(guò)程?難點(diǎn)：對(duì)量子化、波粒二象性、概率波等概念的理解.【自主預(yù)習(xí)】經(jīng)典的粒子和經(jīng)典波經(jīng)典粒子的特征經(jīng)典物理學(xué)中，粒子有一定的,具有一定的,有的還帶有0經(jīng)典粒子運(yùn)動(dòng)的基本特征：遵從,只要已知它們的受力情況及初位置、初速度，從理論上講就可以準(zhǔn)確、唯一的確定以后任意時(shí)刻的 和,以及空間中的確定的o經(jīng)典波的特征經(jīng)典的波在空間的，其特征是具有和,也就是具有時(shí)間、空間的周期性。在經(jīng)典物理中，波和粒子是兩種的研究對(duì)象，具有非常不同的研究表現(xiàn)，是 的兩個(gè)物理量。以及空間中的確定o概率波光波是一種概率波光的波動(dòng)性不是光子之間引起的，而是光子自身的性質(zhì)，光子在空間出現(xiàn)的頻率可以通過(guò)波動(dòng)的規(guī)律確定，所以光波是一種概率波。物質(zhì)波也是概率波對(duì)于電子和其它微觀粒子，單個(gè)粒子的位置的，但在某點(diǎn)附近出現(xiàn)的概率的大小可以由 的規(guī)律確定?！镜湫屠}］【例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()一定落在中央亮紋處一定落在亮紋處可能落在暗紋處落在中央亮紋處的可能性最大【例2】2003年全世界物理學(xué)家評(píng)選出“十大最美物理實(shí)驗(yàn)”，排名第一的為1961年物理學(xué)家利用“托馬斯?楊”雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行電子干涉的實(shí)驗(yàn).從輻射源輻射出的電子束經(jīng)兩靠近的狹縫后在顯微鏡的熒光屏上出現(xiàn)干涉條紋，該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明()

光具有波動(dòng)性光具有波粒二象性微觀粒子也具有波動(dòng)性微觀粒子也是一種電磁波］電子輻射源］電子輻射源!忡2狹縫熒光屏'777777777777777777777777777777777777為了驗(yàn)證光的波粒二象性，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中將光屏換成照相底片，并設(shè)法減弱光的強(qiáng)度，下列說(shuō)法正確的是（）使光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的單縫，如果時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上將出現(xiàn)雙縫干涉圖樣使光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的單縫，如果時(shí)間很短，底片上將出現(xiàn)不太清晰的雙縫干涉圖樣大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示光的波動(dòng)性個(gè)別光子的運(yùn)動(dòng)顯示光的粒子性，光只有波動(dòng)性沒有粒子性下列說(shuō)法正確的是（）概率波就是機(jī)械波物質(zhì)波是一種概率波概率波和機(jī)械波的本質(zhì)是一樣的，都能發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若有一個(gè)光子，則能確定這個(gè)光子落在哪個(gè)點(diǎn)上電子的運(yùn)動(dòng)受波動(dòng)性的支配，對(duì)于氫原子的核外電子，下列說(shuō)法正確的是（）氫原子的核外電子可以用確定的坐標(biāo)描述它們?cè)谠又械奈恢秒娮永@核運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律確定它的軌道電子繞核運(yùn)動(dòng)的“軌道”其實(shí)是沒有意義的電子軌道只不過(guò)是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置下列敘述的情況正確的是（）光的粒子性說(shuō)明每個(gè)光子就像一個(gè)極小的球體光是與橡皮繩形成的繩波相似的波光是一種粒子，它和其他物質(zhì)作用是“一份一份”進(jìn)行的光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大?。ǜ怕剩?，可以用波動(dòng)的規(guī)律來(lái)描述下列說(shuō)法正確的是（）光波是一種概率波光波是一種電磁波單色光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，光子的能量改變單色光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，光的波長(zhǎng)不變一個(gè)電子被加速后，以極高的速度在空間運(yùn)動(dòng)，關(guān)于它的運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法中正確的是（）電子在空間做勻速直線運(yùn)動(dòng)電子上下左右顫動(dòng)著前進(jìn)電子運(yùn)動(dòng)軌跡是正弦曲線無(wú)法預(yù)言它的路徑對(duì)于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)法中正確的是（）不受外力作用時(shí)光子就會(huì)做勻速運(yùn)動(dòng)光子受到恒定外力作用時(shí)就會(huì)做勻變速運(yùn)動(dòng)只要知道電子的初速度和所受外力，就可以確定其任意時(shí)刻的速度運(yùn)用牛頓力學(xué)無(wú)法確定微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律課后練習(xí)答案：TOC\o"1-5"\h\zA、C解析：?jiǎn)蝹€(gè)光子的運(yùn)動(dòng)具有不確定性，但其落點(diǎn)的概率分布還是遵循一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律的，根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律可以顯示出光的波動(dòng)性的一面.選項(xiàng)A、C正確.B解析：概率波與機(jī)械波是兩個(gè)概念，本質(zhì)不同；物質(zhì)波是一種概率波，符合概率波的特點(diǎn)；光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若有一個(gè)光子，這個(gè)光子的落點(diǎn)是不確定的，但有概率較大的位置C、D解析：微觀粒子的波動(dòng)性是一種概率波，對(duì)于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，牛頓運(yùn)動(dòng)定律已經(jīng)不適用了，所以氫原子的核外電子不能用確定的坐標(biāo)描述它們?cè)谠又械奈恢茫娮拥摹败壍馈逼鋵?shí)是沒有意義的，電子軌道只不過(guò)是電子出現(xiàn)的概率比較大的位置，綜上所述，C、D正確。C、D解析：選光的粒子性體現(xiàn)在其能量是一份一份的，可知它和其他物質(zhì)作用時(shí)也是一份一份進(jìn)行的.但其一份并不等同于宏觀物質(zhì)的實(shí)物球體，其波動(dòng)性與機(jī)械波具有本質(zhì)的區(qū)別A、B解析：根據(jù)光的電磁說(shuō)可知B選項(xiàng)正確；由光的波粒二象性可知，光波是一種概率波，A選項(xiàng)正確；任何單色光在傳播過(guò)程中其頻率總保持不變，但波速與介質(zhì)有關(guān)，故光子的能量保持不變,C選TOC\o"1-5"\h\z項(xiàng)錯(cuò)誤；又由于n=—,v=vX可知人=一—,光密介質(zhì)的折射率較大，故當(dāng)光從光密介v v?n質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)波長(zhǎng)變大，D選項(xiàng)錯(cuò)誤.D解析：選.根據(jù)概率波的知識(shí)可知，某個(gè)電子在空間中運(yùn)動(dòng)的路徑我們無(wú)法確定，只能根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律確定大量電子的運(yùn)動(dòng)區(qū)域.故選項(xiàng)D正確.D解析：選.光子不同于宏觀力學(xué)的粒子，不能用宏觀粒子的牛頓力學(xué)規(guī)律分析光子的運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；根據(jù)概率波、不確定關(guān)系可知，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，故選D.第十七章波粒二象性6.5不確定關(guān)系【教學(xué)目標(biāo)］了解不確定關(guān)系的概念和相關(guān)計(jì)算.具體分析了不確定性的關(guān)系，給出了量子力學(xué)中一個(gè)著名的關(guān)h系式不確定關(guān)系：＞—4兀了解物理模型與物理現(xiàn)象的聯(lián)系與區(qū)別能大概了解自然界的奇妙與和諧，樂于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。重點(diǎn)：不確定關(guān)系概念難點(diǎn)：不確定關(guān)系概念的理解■.【自主預(yù)習(xí)】在經(jīng)典物理學(xué)中，一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的位置和動(dòng)量是可以同時(shí)測(cè)定的，在微觀物理學(xué)中，要同時(shí)測(cè)出微觀粒子的位置和動(dòng)量是不太可能的，這種關(guān)系叫彳關(guān)系。不確定性關(guān)系的表達(dá)其中AX表示位置的不確定量，用表示X方向上動(dòng)量的不確定量，//為普朗克常量。對(duì)不確定關(guān)系概念的理解?⑴粒子位置的不確定性單縫衍射現(xiàn)象中，入射的粒子有確定的動(dòng)量，但它們可以處于擋板左側(cè)的任何位置，也就是說(shuō)，粒子在擋板左側(cè)的位置是完全不確定的.⑵粒子動(dòng)量的不確定性微觀粒子具有波動(dòng)性，會(huì)發(fā)生衍射.大部分粒子到達(dá)狹縫之前沿水平方向運(yùn)動(dòng)，而在經(jīng)過(guò)狹縫之后，有些粒子跑到投影位置以外.這些粒子具有與其原來(lái)運(yùn)動(dòng)方向垂直的動(dòng)量.由于哪個(gè)粒子到達(dá)屏上的哪個(gè)位置是完全隨機(jī)的，所以粒子在垂直方向上的動(dòng)量也具有不確定性，不確定量的大小可以由中央亮條紋的寬度來(lái)衡量.⑶位置和動(dòng)量的不確定性關(guān)系：△xZkp打由△xApA』—可以知道，在微觀領(lǐng)域，要準(zhǔn)確地測(cè)定粒子的位置，動(dòng)量的不確定性就更大；反4兀之，要準(zhǔn)確確定粒子的動(dòng)量，那么位置的不確定性就更大如將狹縫變成寬縫，粒子的動(dòng)量能被精確測(cè)定（可認(rèn)為此時(shí)不發(fā)生衍射），但粒子通過(guò)縫的位置的不確定性卻增大了；反之取狹孫x一0,粒子的位置測(cè)定精確了，但衍射范圍會(huì)隨Ax的減小而增大，這時(shí)動(dòng)量的測(cè)定就更加不準(zhǔn)確了.⑷微觀粒子的運(yùn)動(dòng)沒有特定的軌道由不確定關(guān)系△xA 可知，微觀粒子的位置和動(dòng)量是不能同時(shí)被確定的，這也就決定了不能用“軌跡”的觀點(diǎn)來(lái)描述粒子的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)椤败壽E”對(duì)應(yīng)的粒子某時(shí)刻應(yīng)該有確定的位置和動(dòng)量，但這是不符合實(shí)驗(yàn)規(guī)律的.微觀粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不能像宏觀物體的運(yùn)動(dòng)那樣通過(guò)確定的軌跡來(lái)描述，而是只能通過(guò)概率波進(jìn)行統(tǒng)計(jì)性的描述.⑸經(jīng)典物理和微觀物理的區(qū)別在經(jīng)典物理學(xué)中，可以同時(shí)用位置和動(dòng)量精確地描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，如果知道質(zhì)點(diǎn)的加速度.還可以預(yù)言質(zhì)點(diǎn)在以后任意時(shí)刻的位置和動(dòng)量，從而描繪它的