1、1 新情境激趣引航玻恩的概率波概念可以用电子双缝衍射的实验结果来说明，如下图所示电子双缝衍射图样和光的双缝衍射图样完全一样，显示不出粒子性，更没有什么概率那样的不确定特征但那是用大量的电子(或光子)做出的实验结果如果减弱入射电子束的强度以致使电子一个一个依次通过双缝，则随着电子数的积累，衍射“图样”依次如图中各图所示图(a)是只有一个电子穿过双缝所形成的图象，图(b)是几个电子穿过后形成的图象，图(c)是几十个电子穿过后形成的图象这几幅图象说明电子的确是粒子，因为图象是由点组成它们同时也说明，电子的去向是完全不确定的，一个电子到达何处完全是概率事件随着入射电子总数的增多，衍射图样依次为(d)、
2、(e)、(f)诸图所示，电子的堆积情况逐渐显示出了条纹，最后就呈现明晰的衍射条纹，这条纹和大量电子短时间内通过双缝后形成的条纹一样这些条纹把单个电子的概率行为完全淹没了这又说明单个电子的去向是概率性的，但其概率在一定条件(如双缝)下还是有确定的规律的这些就是玻恩概率波概念的核心图中表示的实验结果明确地说明了物质波并不是经典的波，而是所谓的“概率波”2 新知识预习探索学习目标 1.理解光的波粒二象性2.知道粒子的波动性3.知道物质波的概念4.会应用 hp求粒子的德布罗意波波长5.理解实物粒子动量与波长的关系新知预习 一、光的波粒二象性1光的本质：光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有波动性，光电效应
3、和康普顿效应表明光具有粒子性，即光具有波粒二象性2光子的能量和动量关系式(1)关系式：h，ph.(2)意义：能量 和动量 p 是描述物质的粒子性的重要物理量；波长 和频率 是描述物质的波动性的典型物理量因此 h 和 ph揭示了光的波动性和粒子性之间的密切关系二、粒子的波动性1德布罗意波任何一个运动的物体都有一种波与它相对应，这种波叫物质波，也称为德布罗意波2物质波的波长、频率关系式：hp和 h.三、物质波的实验验证1实验探究思路干涉、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，也应该能发生干涉和衍射现象2实验验证：1927 年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，得到
4、了电子的衍射图样，证实了电子的波动性问题探索想一想问题 有什么理由使我们承认光具有波动和粒子的双重性质呢？提示：1.光子说并未否定电磁说，在一定程度上揭示了光的二象性如：光子的能量：hhc/光子的动量 Ph/ch/、P 是粒子的特征，而、是波的特征2从下面实验中得到理解双缝干涉实验，在像屏处放置照相底片，并设法减弱光流强度使光子一个一个地通过狭缝(1)曝光时间不太长，底片上只出现一些无规则分布的点子，点子表现出粒子性点子分布的无规则，表明光子没有一定的轨道(即不遵守牛顿动定律)(2)曝光时间足够长(或强光短时间曝光)，底片上出现规则的干涉条纹，表明大量光子表现出波动性3 新课堂互动探究知识点一
5、 光的波粒二象性重点聚焦光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性(1)光子的能量 h 和动量 ph都是描述光的性质的基本关系式能量 和动量 p 是描述物质的粒子性的重要物理量，波长 和频率 是描述物质的波动性的典型物理量两式左侧的 和 p 描述光的粒子性，右侧的物理量 和 描述光的波动性，它们通过普朗克常量h 联系在一起(2)光的干涉、衍射与偏振实验证明光具有波动性；光电效应和康普顿效应证明光具有粒子性(3)说明当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质少量或个别光子易显示出光的粒子性频率高、波长短的光，粒子性特征显著足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质频率低、波长长的光，波动
6、性特征显著(4)光的波动性、粒子性是统一的光的粒子性并不否定光的波动性，光既具有波动性，又具有粒子性，波动性、粒子性都是光的本身属性，只是在不同条件下的表现不同只有从波粒二象性的角度，才能统一说明光的各种行为特别提醒(1)光具有粒子性，但这种粒子，不同于微观观念的粒子，粒子的含义是“不连续”的、“一份一份”的(2)光的波动性不同于宏观观念的波，光的波动性是光子本身的一种属性典例精析 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显示出粒子性【解析】一切光都具有波粒二象
7、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，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子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，不能说光子与电子是同样的一种粒子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，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著，故选项 C 正确，A、B、D 错误【答案】C【方法
8、归纳】光具有波粒二象性，光的波长越长，波动性越显著，波长越短，粒子性越显著跟踪练习1(多选)关于光的波粒二象性，下列说法正确的是()A光的频率越高，光的能量越大，粒子性越明显B光的波长越长，光的能量越小，波动性越明显C频率高的光只具有粒子性，不具有波动性D无线电波只具有波动性，不具有粒子性【解析】光的频率越高，由 h 知光子的能量越大，光的波长越短，粒子性越明显，A 对；光的波长越长，则频率越小，由 h知光子的能量越小，则光的波动性越明显，B 对；频率高的光粒子性明显，但也具有波动性C 错；无线电波是电磁波，既具有波动性也具有粒子性，D 错【答案】AB知识点二 德布罗意波重点聚焦(1)德布罗意
9、的观点：实物粒子也具有波动性(2)德布罗意波(物质波)波长与动量的关系式：hp.式中 h 为普朗克常量，h6.631034 Js；p 为运动物体的动量(3)物质波的实验验证1927 年，英美两国物理学家受到德布罗意的启示，在实验室中观察到了电子束的衍射图样(如下图所示)，从而证实了德布罗意的假设(4)对德布罗意波(物质波)的理解任何物体，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的缘故例如：一个质量为 10 g，速度为 300 m/s 的子弹的德布罗意波波长只有 2.21034 m，比宏观物体的线度小得多，根本无法观察到它的波动
10、性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特别提醒(1)一切运动着的物体都具有波动性(2)看到宏观物体，其运动时，虽看不出它们的波动性，但也有一个波长与之对应只是，这个波长非常小，难以观测到 典例精析 电子经电势差为 U200 V 的电场加速，在 vc 的情况下，求此电子的德布罗意波波长【解析】已知12m0v2EkeU所以 v2eUm0h2m0Ekh2em0Uh2em0 1U1.22U nm如 U200 V，则 1.22U nm 1.22200 nm8.63102 nm.
11、【答案】8.63102 nm【方法归纳】解此类题时关键要抓住能量守恒定律和德布罗意波波长计算公式，运用这两个知识点，即可进行解题，同时在解题的过程中还应挖掘题意跟踪练习2在中子衍射技术中，常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波波长与晶体中原子间距相近，已知中子质量 m1.671027 kg，普朗克常量 h6.631034 Js，可以估算德布罗意波波长 1.821010 m 的热中子动能的数量级为()A1017 J B1019 JC1021 J D1024 J【解析】由德布罗意波公式 hP得 Ph，而 Pmv，即 v hm6.6310341.8210101.671027 m/s2.1
12、8103 m/s，所以 Ek12mv2121.671027(2.18103)2 J3.971021 J，因此热中子的动能的数量级为 1021 J.【答案】C4 新思维随堂自测1.(多选)在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是()A使光子一个一个地通过狭缝，如果时间足够长，底片上将会显示衍射图样B单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图样C光子通过狭缝的运动路线是直线D光的波动性是大量光子运动的规律【解析】个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性，故 A、D 正确，B 错误；让光子一个一个地通过狭缝，底片上只出现一些无规则分布的点子，点子分布的无规则，表明光子没有一定的
13、轨道，故 C 错误【答案】AD2在历史上，最早证明德布罗意波存在的实验是()A弱光衍射实验B电子束在晶体上的衍射实验C弱光干涉实验D以上都不正确【解析】根据课本知识，我们知道，最早证明德布罗意假设的是电子束在晶体上的衍射实验，故 B 选项正确【答案】B3一颗质量为 10 g 的子弹，以 200 m/s 的速度运动着，则由德布罗意理论计算，要使这颗子弹发生明显的衍射现象，那么障碍物的尺寸为()A3.01010 m B1.81011 mC3.01034 m D无法确定【解析】由 pmv，hp可知该子弹的德布罗意波波长为3.321034 m，所以障碍物尺寸为 31034 m 时，符合明显衍射的条件【
14、答案】C4在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是()A光的折射现象、偏振现象B光的反射现象、干涉现象C光的衍射现象、色散现象D光电效应现象、康普顿效应【解析】本题考查光的性质干涉、衍射、偏振都是光的波动性的表现，只有光电效应现象和康普顿效应是光的粒子性的表现，D正确【答案】D5 新视点名师讲座显微镜的分辨本领使用光学显微镜观察物体时，当被观察物体太小时，衍射现象不能忽略，这样物体的像就比较模糊了，影响了显微镜的分辨本领电子显微镜是使用电子束工作的，如果把电子加速，由于电子动量很大，它的德布罗意波长就很短，衍射现象的影响就小得多了由于加速电压越高电子获得的动量越大，它的波长就越短，衍射越不明显，分辨本领也就越强，所以电子显微镜的分辨本领的大小常用它的加速电压来表示 电子显微镜的最高分辨率高达 0.2 nm，如果有人制造出质子显微镜，在加速到相同的速度情况下，质子显微镜的最高分辨率将()A小于 0.2 nm B大于 0.2 nmC等于 0.2 nm D以上说法均不正确【解析】显微镜的分辨能力与波长有关，波长越短其分辨能力越强由 hp知，如果把质子加速到与电子相同的速度，质子的波长更短，分辨能力更强.【答案】A【点拨】最高分辨率数值越小，分辨本领越强.
