1、第1页173 粒子的波动性 174 概 率 波 175 不确定性关系 第2页学 习 目 标 第3页学习重点考查热度知道光、实物粒子都具有波粒二象性知道德布罗意假说的内容，会计算实物粒子的波长及频率了解物质波的验证过程理解概率波，知道光、实物粒子所对应的物质波是一种概率波能用概率波解释干涉，衍射等现象知道粒子通过狭缝时发生衍射，狭缝的宽度决定了粒子位置的不确定范围，中央亮纹的宽度决定于粒子动量的不确定范围理解不确定性关系第4页基 础 梳 理 第5页一、光的波粒二象性1光的本性光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性即光具有波粒二象性第6页2人类对光的本性的认
2、识人类对光的认识经历了漫长的历程，从牛顿光的微粒说到托马斯杨和菲涅耳的波动说，从麦克斯韦的光的电磁说到爱因斯坦的光子说直到二十世纪初，对于光的本性的认识才提升到一个更高层次，即光具有波粒二象性对于光的本性认识史，列表如下：第7页学说名称微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性年代17 世纪17 世纪19 世纪中20 世纪初20 世纪初代表人物牛顿惠更斯麦克斯韦爱因斯坦德布罗意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 磁波速光电效应、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
3、组成的光是具有电磁本性的物质，既有波动性又有粒子性第8页3.光子的能量和动量能量：h，动量 ph.4意义能量 和动量 p 是描述物质的粒子性的物理量；波长 和频率 是描述物质的波动性的物理量h 是联系粒子性和波动性的桥梁第9页二、粒子的波动性1物质波(德布罗意波)：光具有波粒二象性，实物粒子也具有波粒二象性，与运动的实物粒子相联系的波称为物质波2用能量 和动量 p 来表征实物粒子的粒子性，用频率 和波长 来表示实物粒子的波动性那么，对光适用的关系式也适用于实物粒子即：h，hp.第10页3物质波的实验验证如图所示，利用晶体做了 X 射线和电子束衍射的实验，证实了 X 射线和电子的波动性第11页三
4、、概率波单个粒子的位置是不确定的，但在某点出现的概率可以由波动的规律确定光波和物质波都是概率波四、不确定性关系对微观粒子运动，不再遵守牛顿运动定律，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量以 x 表示粒子位置的不确定量，以 p 表示粒子在 x 方向上的动量的不确定量，不确定关系为：x p h4第12页五、考点鸟瞰考点鸟瞰考点热度考点一：光的波粒二象性考点二：德布罗意波的理解和计算考点三：概率波的理解考点四：不确定关系的理解第13页规 律 方 法 第14页考点一 光的波粒二象性光既有波动性，又有粒子性，两者不是孤立的，而是有机的统一体，其表现规律为：1从数量上看：个别光子的作用效果往往表现为粒子性；
5、大量光子的作用效果往往表现为波动性 2从频率上看：频率越低波动性越显著，越容易看到光的干涉和衍射现象；频率越高粒子性越显著，贯穿本领越强，越不容易看到光的干涉和衍射现象第15页3从传播与作用上看：光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性 4理解光的波粒二象性时不可把光当成宏观概念中的波，也不可把光当成宏观概念中的粒子 5光的干涉、衍射现象表明光具有波动性，光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性第16页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光和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
6、显示出粒子性第17页【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，光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性，不能说有的光是波，有的光是粒子电子是实物粒子，有静止的质量；光子不是实物粒子，没有静止的质量，不能说光子和电子是同样的一种粒子，大量光子的行为往往表现出波动性，单个光子往往显示出其粒子性，光的波长越长，波动性越显著光的波长越短，其频率越高，其光子的能量越大，其粒子性就很显著，故 C 项正确【答案】C第18页有关光的本性，下列说法正确的是()A光既有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的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
7、光子只具有粒子性D由于光既有波动性，又具有粒子性，无法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第19页【解析】光既具有波动性，又具有粒子性，但它又不同于宏观观念中的机械波和粒子，波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现，是同一客体的两个不同侧面、不同属性，我们无法用其中的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】D第20页概念理解光的波粒二象性的理解项目内容说明光的粒子性当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质粒子的含义是“不连续”，“一份一份”的光的粒子性中的粒子是不同于宏观概念的粒子光的波动性足够能量的光在传播时，表现出波的性质；光是
8、一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的光的波动性不同于宏观概念的波波动性和粒子性的对立、统一宏观世界：波和粒子是相互对立的概念微观世界：波和粒子是统一的光子说并未否定波动性，h 中，就是波动的概念 第21页考点二 德布罗意波的理解和计算1一切运动着的物体都具有波动性，宏观物体观察不到其波动性并不否定其波动性 2德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不要以宏观观念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
9、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 4实物粒子频率及波长对应的计算方程为：h，hp.第22页(多选题)关于物质波，下列认识中错误的是()A任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波BX 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宏观物体运动具有波动性，但它们不具有干涉、衍射等现象第23页【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，故 A 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
10、理论的正确性，故 B 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 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，即大第24页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 D 项错误，故选 B、D 两项【答案】BD第25页2002 年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙 X 射线源X 射线是一种高频电磁波，若 X 射线在真空中的波长为，以 h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，以 E 和
11、p 分别表示 X 射线每个光子的能量和动量，则()AEhc，p0 BEhc，phc2CEhc，p0 DEhc，ph第26页【解析】根据 Eh，且 hp，c 可得 X 射线每个光子的能量为：Ehc，每个光子的动量为：ph.【答案】D第27页(多选题)为了观察晶体的原子排列，可以采用下列方法：(1)用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜成像(由于电子的物质波波长很短，能防止发生明显的衍射现象，因此电子显微镜的分辨率高)；(2)利用 X 射线或中子束得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列，则下列分析中正确的是()第28页A电子显微镜所利用的是电子的物质波的波长比原子尺寸小得多B电子显微镜中电子束
12、运动的速度应很小C要获得晶体的 X 射线衍射图样，X 射线波长要远小于原子的尺寸D中子的物质波波长可以与原子尺寸相当第29页【解析】由题目所给信息“电子的物质波波长很短，能防止发生明显的衍射现象”及发生衍射现象的条件可知，电子的物质波的波长比原子尺寸小得多，A 项正确；由德布罗意波波长公式可知，当电子束的波长越短时，运动的速度越大，B 项错误；由信息“利用 X 射线或中子束得到晶体的衍射图样”及发生衍射现象的条件可知，中子的物质波波长或 X 射线的波长与原子尺寸相当，D 项正确，C 项错误【答案】AD第30页一个电子初速度为零，通过电压为 100 V 的加速电场，试计算它的德布罗意波长(电子电
13、量 e1.61019 C，电子质量 me9.11031 kg)(保留两位有效数字)第31页【解析】电子从静止经过加速电场后的速度为 v，由动能定理得 eU12mev2，pmev 2meeU，设该电子运动时的德布罗意波长为，hph2meeU 6.63103429.110311.61019100 m 1.21010 m.【答案】1.21010 m第32页概念理解对物质波的进一步理解(1)我们平时所看到的宏观物体，运动时看不出它们的波动性来，但也有一个波长与之对应，例如飞行子弹的波长约为 1034m，这个波长实在是太小了(2)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；宏观物体也存在波
14、动性，只是波长太小，难以观测第33页(3)对于光，先有波动性(即 和)，其后在量子理论中引入光子的能量 和动量 p 来补充它的粒子性反之，对于实物粒子，则先有粒子概念(即 和 p)，再引用德布罗意波(即 和)的概念来补充它的波动性不过要注意这里所谓波动和粒子，实际上仍然都是经典物理学的概念，所谓补充仅是形式上的第34页考点三 概率波的理解1利用概率波解释光的双缝干涉实验 如图所示：用很弱的光源做双缝干涉实验，使得在前一个光子到达屏幕后才发射第二个光子，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些无规则分布的点子，那些点子是光子打在底片上形成的，说明少数光子表现出了粒子性如果曝光时间足够长，发现大部分光
15、子第35页落在规则的条形区域内，这说明光子落在某些条形区域内的可能性较大，这些条形区域恰好是波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域德国的物理学家波恩指出：虽然不能肯定某个光子落在哪一点，但由屏上各处明暗不同可知，光子落在各点的概率是不一样的，即光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处的概率小这就是说，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以，从光子的概念上看，光波是一种概率波第36页经过长期的探索，人们发现单个光子既具有波动性又具有粒子性，只不过，少数光子的行为表现出了粒子性，而大量的光子将概率变为了现实，表现出了波动性 第37页2物质波也是概率波(1)电子和其他微观粒子，同样具有波粒二象性，
16、所以与它们相联系的物质波也是概率波(2)让电子通过双缝，双缝干涉图样中的明纹处是电子落点概率大的地方，暗纹处是电子落点概率小的地方，概率的大小受波动规律的支配 第38页3概率波与光的波粒二象性的关系 在经典物理学中，粒子与波是不相容的物理概念，概率波可以使光子及微观粒子的粒子性和波动性相容且统一起来在干涉实验中，每个光子的运动跟我们研究宏观现象时质点的运动不同，它没有一定的规律但大量光子在屏上落点的分布规律是可知的，即光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定，因此说光是一种概率波第39页(多选题)在单缝衍射实验中，中央亮条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
17、缝，那么该光子()A一定落在中央亮条纹处B可能落在暗处C一定落在亮条纹处D落在中央亮条纹处的可能性最大第40页【解析】根据光是概率波的概念，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条纹处，可达 95%以上，当然也可能落在其他亮条纹处，还可能落在暗纹处，不过落在暗纹处的概率很小，故 B、D 两项正确【答案】BD第41页(多选题)(2015湖北武汉二中模拟)如图所示，灯丝 F 发射的电子束经过电场加速后从阳极上的狭缝 S 穿出，通过两条平行狭缝 S1、S2后，在荧光屏上形成明显的双缝干涉图样已知一个电子从狭缝 S 穿出时动量为 p，普朗克常量为 h，则()第42页A经过电
18、场加速后，电子的德布罗意波长为 phB经过电场加速后，电子的德布罗意波长为 hpC荧光屏上暗条纹的位置是电子不能到达的位置D荧光屏上亮条纹的位置是电子到达概率大的位置第43页【解析】电子的动量为 p，则电子德布罗意波长为 hp，故 A 项错误，B 项正确；对物质波来说，亮条纹的位置是电子到达概率大的位置，暗条纹的位置是电子到达概率小的位置，故 C项错误，D 项正确【答案】BD第44页概念理解对概率波的理解(1)概率是一种统计概念，少量光子的行为显示不出概率统计规律，大量光子才显示出这种规律“概率波”实际上是将光的波动性和粒子性统一起来的一种说法(2)电子和其他微观粒子，同样具有波粒二象性，所以
19、与它们相联系的物质波也是概率波(3)微观粒子的运动不再遵循牛顿运动定律第45页考点四 不确定关系的理解微观粒子的运动没有特定的轨道：由不确定关系xph/4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，因为“轨迹”对应的粒子某时刻应该有确定的位置和动量，但这是不符合实验规律的微观粒子的运动状态，不能像宏观物体的运动那样通过确定的轨迹来描述，而是只能通过概率进行统计性的描述第46页(多选题)(2014陕西西安临潼月考)根据不确定性关系x p h4，判断下列说法正确的是()A采取办法提高测量 x 精度时，p 的精度下降B采取办法提高测量 x 精度时，
20、p 的精度上升C x 与 p 测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关D x 与 p 测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关第47页【解析】光在传播过程中的位置和动量的不确定关系为xp h4.发生衍射时x 较小，所以p 较大，不能忽略，故B 项正确缝越宽p 越小，缝越窄p 越大，所以 A、C 两项正确，故选 A、C 三项【答案】AC第48页聚 焦 高 考 第49页高考考纲高考热度光、实物粒子都具有波粒二象性，这种波动性指的是概率波第50页对光、实物粒子都具有波粒二象性，其中这种波动性是概率波，对概率波的理解往往是考查的重点，在高考中该知识点往往与其他知识点一起考查第51页1(2017北京)2
21、017 年年初，我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装置，发出了波长在 100 nm(1 nm109 m)附近连续可调的世界上首个最强的极紫外激光脉冲，“大连光源”因其光子的能量大、密度高，可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥重要作用一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子，但又不会把分子打碎据此判断，能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量 h6.61034 Js，真空光速 c3108 m/s)()A1021 J B1018 JC1015 J D1012 J第52页解析 能够电离一个分子的能量为 Ehc6.610343108100109 J1.981018 J，
22、故 B 项正确，A、C、D 三项错误，故选 B 项 答案 B第53页2(多选题)(2015江苏)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的是()A光电效应现象揭示了光的粒子性B热中子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性C黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释D动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等第54页解析 光电效应现象揭示了光的粒子性，故 A 项正确；热中子束射到晶体上产生的衍射图样说明中子具有波动性，故 B 项正确；黑体辐射的实验规律不能使用光的波动性解释，而普朗克借助于能量子假说，完美的解释了黑体辐射规律，破除了“能量连续变化”的传统观念，故 C 项错误；根据德布罗意
23、波长公式，若一个电子的德布罗意波长和一个质子的波长相等，则动量 P 也相等，动能则不相等，故 D 项错误 答案 AB第55页3(多选题)(2015课标全国)实物粒子和光都具有波粒二象性下列事实中突出体现波动性的是()A电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样B人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构C人们利用电子显微镜观测物质的微观结构D光电效应实验中，光电子的最大初动能与入射光的频率有关，与入射光的强度无关第56页解析 电子束具有波动性，通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，A 项正确；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，体现出波动性，B 项正确；电子显微镜是利用电子束工作的，体现了波动性，C 项正
24、确；光电效应实验，体现的是波的粒子性，D项错误 答案 ABC第57页4(多选题)(2011上海)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(a)、(b)、(c)所示的图象，则()A图象(a)表明光具有粒子性B图象(c)表明光具有波动性C用紫外光观察不到类似的图象D实验表明光是一种概率波第58页解析 少数光子的行为表现为光的粒子性，A 项正确；大量光子的行为表现为光的波动性，B 项正确；出现亮条纹的地方是光子达到概率大的地方，出现暗条纹的地方是光子到达概率小的地方，光是概率波，D 项正确；紫外光虽然不是可见光，但也能够产生光的干涉现象，C 项错误 答案 ABD第59页5(2016江苏)已知光速为 c，普朗克常量为 h，则频率为 的光子的动量为_用该频率的光垂直照射平面镜，光被镜面全部垂直反射回去，则光子在反射前后动量改变量的大小为_第60页解析 根据光子的动量公式 phhc，取入射的方向为正方向，则光子动量的变化量为ppp2hc.答案 hc 2hc请做：课时作业（七）
