(整理)粒子的波动性4
高中物理 17.3 粒子的波动性详解
高中物理| 17.3 粒子的波动性详解
光的波粒二象性
（1）光的波粒二象性
干涉，衍射和偏振表明光是一种波；光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子；因此现代物理学认为：光具有波粒二象性。
（2）正确理解波粒二象性
波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。
波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。
①个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。
②ν高的光子容易表现出粒子性；ν低的光子容易表现出波动性。
③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由光子的能量E=hν，光子的动量表示式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。
由以上两式和波速公式c=λν还可以得出：E = pc。
粒子的波动性定稿
粒子的波动性定稿在物理学中，粒子的波动性是一个重要而又难以理解的概念。
早在1924年，德国物理学家路德维希·德布罗意博士就提出了“德布罗意假设”，即所有物质都具有波动性。
实验结果也证明了这一假设的正确性，即物质具有波动性。
粒子与波动的关系前人在研究电磁波时，发现其具有波动和粒子的双重性质。
电磁波既可以像波一样传播，也像粒子一样交互作用。
这引出了一个重要的问题：是否存在这样的粒子，具有波动的特性？德布罗意通过研究光子的波长和质量，得出了波粒二象性的，即无论质量大小的粒子都具有波动性和粒子性。
粒子性表现为粒子的位置等特征，而波动性则表现为粒子的动量和位置不确定性原理。
它说明了粒子的波动性，同时也揭示了物理世界的奥秘。
通过研究波动性，可以更加深入地了解粒子的性质，使科学家们能够更好地解释和探索物理世界。
波粒二象性实验为探究波粒二象性，科学家们进行了一系列实验。
其中最有代表性的是双缝实验。
实验中，粒子从一个缝隙射入屏幕，结果在屏幕上形成了像波纹一样的干涉条纹。
这说明了粒子的波动特征，即粒子的相对位置是模糊的，并不是精确确定的。
而如果在双缝间安装一个探测器，则得到的结果就是两条明显的干涉条纹。
粒子比较集中地到达了探测器某一个区域，表现出了特定的粒子性。
由此可以看出，粒子的性质是与实验装置和观测方式有关的。
这些实验结果表明了波粒二象性的存在，揭示了物理学的新奇和魅力。
在最先进的实验室设备中，科学家们不断地进行着实验，以探索和揭示物质的波动本质，进一步展示了物理学强大的解释和预测能力。
应用粒子的波动性在工业、医疗和通信等领域中得到了广泛应用。
例如，电子显微镜利用电子的波动性进行精细成像。
在核医学中，同位素释放放射性粒子，利用其波动性探测和治疗癌症。
此外，通信设备通过控制光子的波动性来实现信息的传输和处理。
这些应用使得人们能够更好地享受到科技带来的方便和便利。
粒子的波动性在物理学领域中有着重要的地位。
粒子的波动性质与不确定性原理
粒子的波动性质与不确定性原理引言：在量子物理学中，粒子既表现出粒子性，也表现出波动性。
这种粒子同时具有波动性的特性，被称为“粒子的波动性”。
粒子的波动性与不确定性原理密切相关，它们是量子力学理论的基石。
一、波粒二象性的发现1. 物质波的理论提出20世纪初，法国物理学家路易·德布罗意通过对光电效应进行研究，提出了“物质波”的理论。
他认为，物质不仅具有粒子性，还具有波动性，粒子的运动可以看作是一种波的传播。
2. 实验验证为了验证德布罗意的理论，科学家进行了一系列实验。
其中最著名的是戴维森-革末实验，通过对电子的衍射和干涉现象的观察，成功地证实了电子具有波动性。
二、粒子的波动性质1. 行波性质粒子的波动性最直观的表现就是其行波性质。
根据波动理论，粒子可以看作是一种波的传播，在空间中呈现出行波的形态。
2. 干涉和衍射现象波动性质使得粒子在经过狭缝或缝隙时会出现干涉和衍射现象。
这些现象反映了粒子波动的特性，对于证实粒子的波动性起到了重要的作用。
三、不确定性原理1. 不确定性原理的提出不确定性原理是由德国物理学家海森堡于1927年提出的。
该原理认为，对于同一粒子的某一属性，如位置和动量，无法同时确定其精确值，只能确定其可能存在于某一范围内。
2. 数学表达不确定性原理由数学表达为Δx∙Δp ≥ ħ/2，其中Δx表示位置的不确定度，Δp表示动量的不确定度，ħ为普朗克常量。
四、波动性与不确定性原理的关系波动性质和不确定性原理是相互关联的。
“波动性质”是对粒子本身性质的描述，而“不确定性原理”则是对我们观察或测量过程中的局限性的描述。
1. 观测过程的干扰由于我们无法完全摆脱测量设备的限制，观测过程会对粒子产生不可避免的扰动，导致我们无法同时准确测量粒子的位置和动量。
2. 波粒二象性的统一波动性质和不确定性原理的引入，使得我们对粒子本质的认识发生了革命性的变化。
它们揭示了物质的微观世界并非我们所熟悉的经典物理学所能描述，而需要借助量子力学的理论框架。
物质的粒子性与波动性
物质的粒子性与波动性在物理学中，物质的粒子性与波动性是一个重要的研究领域。
过去，人们常常将物质看作是由粒子组成的，而波动性则是光和声音等波动现象的特征。
然而，随着科学技术的不断发展，人们逐渐发现物质既具有粒子性，又具有波动性。
这种既有粒子性又有波动性的特征，给我们对物质的本质和行为提出了新的挑战和思考。
首先，让我们来探讨物质的粒子性。
粒子性是指物质表现出离散的、局部化的特征。
在经典物理学中，物质被认为是由微观粒子组成的，这些粒子之间相互作用，从而形成了我们所熟知的宏观世界。
例如，原子是一种具有粒子性的物质基本单位，它由质子、中子和电子等粒子组成。
这些粒子在空间中占据着特定的位置，它们之间通过相互作用力来维持稳定的结构。
然而，当我们深入研究物质的微观结构时，我们发现了一些违背经典物理学的现象。
例如，实验观察到电子在双缝实验中呈现出干涉和衍射的特征，这表明电子具有波动性。
这一现象被称为“物质波动性”，它挑战了我们对物质的传统认识。
进一步的研究发现，不仅电子，其他微观粒子如中子、质子和光子等也具有波动性。
这些实验结果揭示了物质的另一面，即物质不仅具有粒子性，还具有波动性。
那么，物质的波动性又是如何体现的呢？波动性是指物质表现出连续的、分布化的特征。
在量子力学中，物质的波动性可以用波函数来描述。
波函数是一个复数函数，它描述了物质的波动性质，如位置、动量和能量等。
根据波函数的性质，我们可以得出一些重要的结论。
例如，波函数的平方模表示了在某一位置上找到粒子的概率密度。
这意味着在微观尺度上，物质的位置是模糊的，无法准确确定。
另外，根据不确定性原理，我们无法同时准确测量粒子的位置和动量。
这些结论揭示了物质的波动性所带来的局限性和不确定性。
物质的粒子性和波动性之间的关系是一个复杂而深奥的问题。
在实验观察中，物质既表现出粒子性的离散特征，又表现出波动性的连续特征。
这一现象被称为“波粒二象性”，它意味着物质的本质可能超出了我们的直观认识。
高中物理选修三 新教材 学习笔记第4章 5 粒子的波动性和量子力学的建立
5 粒子的波动性和量子力学的建立[学习目标] 1.了解粒子的波动性，知道物质波的概念.2.了解什么是德布罗意波，会解释有关现象.3.了解量子力学的建立过程及其在具体物理系统中的应用．一、粒子的波动性1．德布罗意波：每一个________的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫________波．2．粒子的能量ε和动量p 跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间的关系：ν＝εh ，λ＝h p. 二、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年戴维森和汤姆孙分别用单晶和多晶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．说明除了电子以外，人们陆续证实了中子、质子以及原子、分子的________，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝εh 和λ＝h p关系同样正确． 4．电子、质子、原子等粒子和光一样，也具有____________性．三、量子力学的建立四、量子力学的应用借助量子力学，人们深入认识了________(填“宏观”或“微观”)世界的组成、结构和属性．1．推动了核物理和粒子物理的发展．人们认识了原子、原子核、基本粒子等各个________(填“宏观”或“微观”)层次的物质结构，又促进了________学和宇宙学的研究．2．推动了原子、分子物理和光学的发展人们认识了原子的结构，以及原子、分子和电磁场相互作用的方式，发展了各式各样的对原子和电磁场进行精确操控和测量的技术．3．推动了固体物理的发展人们了解了固体中电子运行的规律，并弄清了为什么固体有________、绝缘体和半导体之分．1．判断下列说法的正误．(1)只要是运动着的物体，不论是宏观物体还是微观粒子，都有相应的波与之对应，这就是物质波．()(2)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性．()(3)量子力学的建立，使人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性．()(4)电子束照射到金属晶体上得到电子束的衍射图样，从而证实了德布罗意的假设是正确的．() 2．质子(11H)和α粒子(42He)被加速到相同动能时，质子和α粒子的动量之比为________，德布罗意波长之比为________.一、粒子的波动性导学探究1．如图是电子束穿过铝箔后的衍射图样，结合图样及课本内容回答下列问题：(1)德布罗意提出“实物粒子也具有波动性”假设的理论基础是什么？(2)电子束穿过铝箔的衍射图样说明了什么？2．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？谈谈自己的认识．知识深化1．对物质波的理解(1)任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，这种波叫物质波，其波长λ＝h p .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)德布罗意假说是光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．2．计算物质波波长的方法(1)根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式p ＝m v .(2)根据波长公式λ＝h p求解． (3)注意区分光子和微观粒子的能量和动量的不同表达式．如光子的能量：ε＝hν，动量p ＝h λ；微观粒子的动能：E k ＝12m v 2，动量p ＝m v . 例1 (多选)根据物质波理论，下列说法正确的是( )A ．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B ．宏观物体和微观粒子都具有波动性C ．宏观物体运动时，看不到它的干涉、衍射现象，所以宏观物体运动时不具有波动性D ．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显针对训练 (2021·河北巨鹿中学高二阶段练习)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，下列关于物质波的说法中正确的是( )A ．物质波和光波都是概率波B ．实物粒子与光子一样都具有波粒二象性，所以实物粒子与光子是本质相同的物体C ．动能相等的电子和质子，电子的波长短D ．动量相等的电子和中子，中子的波长短例2 (2021·苏州市高二期中)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长与晶体中原子间距相近．已知中子质量m ＝1.67×10－27 kg ，普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，可以估算德布罗意波长λ＝1.82×10－10 m 的热中子动量的数量级为( ) A ．10－17 kg·m/s B ．10－19 kg·m/s C ．10－21 kg·m/sD ．10－24kg·m/s 例3 任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，波长是λ＝h p，式中p 是运动物体的动量，h 是普朗克常量，人们把这种波叫德布罗意波，现有一个德布罗意波长为λ1的物体1和一个德布罗意波长为λ2的物体2相向正碰后粘在一起，已知|p 1|<|p 2|，则粘在一起的物体的德布罗意波长为( ) A.λ1＋λ22 B.λ1－λ22 C.λ1λ2λ1＋λ2 D.λ1λ2λ1－λ2例4 (多选)电子衍射和双缝干涉实验是证明德布罗意物质波理论的重要实验，电子束通过铝箔后的衍射图样如图甲所示，不同数目的电子通过双缝后的干涉图样分别如图乙、图丙和图丁所示．下列说法正确的是( )A ．亮条纹是电子到达概率大的地方B ．这两个实验都说明电子是粒子C ．这两个实验说明光子具有波动性D ．这两个实验说明实物粒子具有波动性例5 (2021·南京市高二期末)利用金属晶格(大小约10－10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子束通过电场加速后，照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m ，电荷量为e ，初速度为0，加速电压为U ，普朗克常量为h ，则下列说法中正确的是( )A ．该实验说明了电子具有粒子性B ．实验中电子束的德布罗意波的波长为λ＝h 2meUC ．加速电压U 越大，电子的衍射现象越明显D ．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显二、量子力学的建立例6 (多选)下列关于量子力学的发展史及应用的说法中，正确的是( )A ．量子力学完全否定了经典力学B．量子力学是在早期量子论的基础上创立的C．量子力学使人们深入认识了微观世界的组成、结构和属性D．“芯片”等器件利用固体的微观结构对电路进行操控，是量子力学在固体物理中的应用。
粒子的波动性质
粒子的波动性质在19世纪初，科学家发现光具有波动性质，这一发现让人们开始思考：是否其他物质也具有波动性质？随着研究的深入，科学家逐渐揭示了粒子的波动性质。
本文将详细探讨粒子的波动性质，并解释其在物理学中的重要性。
一、波粒二象性在经典物理学中，物质被认为是由粒子组成的，这些粒子具有确定的位置和速度。
然而，在20世纪初，物理学家开始发现一些现象无法用经典理论解释。
例如，当光通过狭缝时，会出现干涉和衍射的现象，这表明光具有波动性。
然而，当科学家发射单个光子时，它却表现出粒子性质，只在特定位置上被探测到。
这种既能表现出粒子性质又能表现出波动性的性质被称为波粒二象性。
二、德布罗意假设根据德布罗意的假设，所有物质粒子都具有波动性。
德布罗意在他的博士论文中提出了他的著名公式，即德布罗意波长公式：λ= h / p，其中λ是物质波的波长，h是普朗克常数，p是物质粒子的动量。
通过德布罗意波长公式，我们可以看到，对于质量较小的粒子（如电子和中子），其波长是可观测到的。
这为科学家研究微观领域的物理现象提供了一种全新的方法。
三、原子和分子的波动性除了电子和中子外，原子和分子也显示出波动性。
在化学中，一些实验结果只能通过将波动性考虑在内才能解释。
例如，原子和分子的能级结构可以通过解析它们的波函数来解释。
波函数描述了粒子在空间中的概率分布，它的平方模表示在某一位置观测到粒子的概率。
四、粒子波动性的实验验证为了验证粒子的波动性，科学家进行了一系列经典实验。
其中包括双缝干涉实验、波粒二象性实验以及电子衍射实验等。
这些实验一再证明了粒子具有波动性质。
以双缝实验为例，当单个粒子通过两个狭缝射出时，会在屏幕上形成干涉条纹。
这是由于粒子的波动性引起的。
同样，电子和中子的衍射实验也显示出波动性。
通过这些实验，科学家们对粒子的波动性有了更深入的理解。
五、波动性在物理学中的应用粒子的波动性在许多领域中具有广泛的应用。
例如，电子显微镜利用电子波的波动性可以观察到更高分辨率的图像。
粒子的波动性
4
9
4.德布罗意波的实验验证
U X 射线照在晶体上可以产 K 生衍射，电子打在晶体上也能 D 观察电子衍射。 电子束 1. 电子衍射实验1 1927年 C.J.戴维森与 G.P.革末作电子衍射实验，验 证电子具有波动性。 戴维逊和革末的实验是 用电子束垂直投射到镍单 晶，电子束被散射。其强 度分布可用德布罗意关系 镍单晶 和衍射理论给以解释，从 而验证了物质波的存在。
a
其第一级暗纹的衍射角满足：
o
x
a x
Px y
电子通过单缝后，由于衍射的 作用，获得 x方向动量 Px，
P 在x方向的动量的不确定量为： Px P sin 1 x 代入德布罗意关系： h 13 P
0 px p sin 1
h Px x
即
x px h
1.8 10
32
kg m s
1
x px x 5.89103 m Px
16
（2）子弹位置的不确定度
子弹动量不确定度
Px P 0.01％ mv 0.01 %
0.01 200 0.01 %
子弹 x 10
2.0 10 kg m s x 5.251031 m Px
§17.3 粒子的波动性
1
一、德布罗意物质波的假设
1.物质波的引入 光具有粒子性，又具有波动性。
光子能量和动量为 E h
P
h
h m c
上面两式左边是描写粒子性的 E、P；右边是描 写波动性的 、。 将光的粒子性与波动性联系起来。 1923年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大 胆地设想，对于光子的波粒二象性会不会也适用于 实物粒子。 一切实物粒子都有具有波粒二象性。 实物粒子：静止质量不为零的那些微观粒子。
【人教版】物理选修3-5：17.3《粒子的波动性》(附答案)
一、光的波粒二象性 1．光的波粒二象性 光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。
2．光子的能量和动量 (1)能量：ε＝ hv 。
h (2)动量：p＝ λ 。 (3)意义：能量 ε 和动量 p 是描述物质的粒子性的重要物 理量；波长 λ 和频率 ν 是描述物质的波动性的典型物理量。
因此 ε＝ hv 和 p＝hλ揭示了光的粒子性和波动性之间的密切 关系，普朗克常量 h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁。
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．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
[思路点拨] 解答本题应注意以下三个方面：
(1)光子与实物粒子的区别。
(2)光的波粒二象性是光的本性。
(3)光显示波动性或粒子性是有条件对应的。
[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， 所以不能说有的光是波，有的光是粒子，A 错误；虽然光子和电 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，所以不能说光子和电 子是同样的一种粒子，B 错误；波长长，容易发生干涉、衍射， 波动性强，反之，波长短，光子能量大，粒子性强，C 正确；干 涉、衍射是波特有的现象，光电效应说明光具有粒子性，D 正确。
对光的波粒二象性的理解
1．对光的本性认识史 人类对光的认识经历了漫长的历程，从牛顿的光的微粒 说、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。
粒子的波动性课件
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．
3 新课堂·互动探究 知识点一 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 ε＝hν 和动量 p＝hλ都是描述光的性质的基本关系 式．能量 ε 和动量 p 是描述物质的粒子性的重要物理量，波长 λ 和频 率 ν 是描述物质的波动性的典型物理量．两式左侧的 ε 和 p 描述光的 粒子性，右侧的物理量 ν 和 λ 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 ①当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质． ②少量或个别光子易显示出光的粒子性． ③频率高、波长短的光，粒子性特征显著． ④足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质． ⑤频率低、波长长的光，波动性特征显著．
粒子的波动性
德布罗意假说提出背景
经典物理困境
在经典物理学中，波和粒子是两种完全不同的概念，无法统一解释黑体辐射、光 电效应等现象。
德布罗意假设
为了解释这些现象，德布罗意提出了物质波的概念，认为所有粒子都具有波动性 ，其波长与粒子的动量成反比。
电子衍射等现代实验技术
电子衍射实验
通过电子束照射晶体或非晶态物质， 观察到衍射图案，证明了电子具有波 动性。
量子力学基本原理概述
量子力学是研究微观粒子运动规 律的物理学分支；
量子力学的基本原理包括波粒二 象性、测不准原理、量子态叠加
原理等；
量子力学用波函数来描述粒子的 状态，波函数的模平方给出粒子
在特定位置被发现的概率。
波函数与概率密度解释
波函数是描述粒子状态的复数函数， 其模平方给出粒子在空间的概率分布 ；
04
粒子波动性应用举例
电子显微镜工作原理
01
02
03
波粒二象性
电子具有波粒二象性，其 波动性使得电子可以发生 衍射、干涉等现象，这是 电子显微镜工作的基础。
电子波长
电子的德布罗意波长比可 见光短得多，因此电子显 微镜的分辨率远高于光学 显微镜。
电子枪与电磁透镜
电子显微镜通过电子枪发 射电子，并利用电磁透镜 对电子束进行聚焦和成像 。
重要实验
验证粒子波动性的重要实验包括电子衍射实验、中子干涉实 验、光子反冲实验等。这些实验证实了粒子具有波动性，为 量子力学的发展提供了有力支持。
02
粒子波动性实验证据
光电效应实验介绍
实验原理
光电效应是指光子与物质相互作用， 使得物质吸收光子能量后释放出电子 的现象。
实验装置
实验结果
观察到光照射到物质表面时，物质会 释放出电子，且释放出的电子能量与 光子的频率有关，而与光强无关。
17.3 粒子的波动性(原卷版)
1h17.3 粒子的波动性学习目标1．理解光的波粒二象性。
2．了解粒子的波动性。
3．理解物质波的概念，知道物质波的实验验证。
重点：1．认识光的波粒二象性。
2．德布罗意波长的计算。
难点：1．波粒二象性的理解。
2．物质波的理解。
知识点一、光的波粒二象性1．光的本性（2）19 世纪 60 年代和 80 年代，麦克斯韦和赫兹先后从理论上和实验上确认了光的电磁波本质。
（3）光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性。
（4）光的本性①大量光子产生的效果显示出光的波动性，如干涉、衍射、和偏振现象。
②个别光子产生的效果显示出粒子性，如光电效应、康普顿效应。
③光既有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。
也就是光是一种波，同时也是一种粒子。
光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。
2．光子的能量和动量：光子的能量ε=h γ，光子的动量 p = λ = h γ= ε。
λγ c3．意义：能量ε和动量p 是描述物质的；粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量。
因此ε＝hν和p＝h揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系。
λ4．光的波动性与粒子性的统一（1）大量光子产生的效果显示出波动性，比如干涉、衍射现象中，如果用强光照射，在光屏上立刻出现了干涉、衍射条纹，波动性体现了出来；个别光子产生的效果显示出粒子性。
如果用微弱的光照射，在屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点，粒子性得到充分体现；但是如果微弱的光在照射时间加大的情况下，在感光底片上的光点分布又会出现一定的规律性，倾向于干涉、衍射的分布规律。
这些实验为人们认识光的波粒二象性提供了良好的依据。
（2）光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量。
（3）光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系。
（4）对不同频率的光，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。
第13讲 粒子的波动性
Ua(1 0.98 106Ua )
1.23 nm Uf
m
1.04
nm
[Q4.13.5] (1) 若电子的动能等于它的静能， 试求该电子的德布罗意波长。 解： E Ek E0 2E0
mc 2 2mec2， m 2me m me 1 v2 c2
v 3c 2
h h 1 h 1.40 103 nm p mv 3 mec
Ek E E电 15 eV 13.6 eV 1.4 eV
Ek 1.4 eV
其速度为
v
2Ek me
2 1.4 1.6 1019 9.1 1031
m
s
7.02 105 m/s
(2) 光电子的德布罗意波长为
h mev
6.63 1034 9.1 1031 7.02 105
(2) 在测量电子荷质比的实验中，电子束截面的线
度 104 m，电子的加速电压 10 V；
解：(2) 加速电压 10 V 的电子，德布罗意波长为
h h
p 2meeU
6.626 1034
m
2 9.1 1031 1.6 1019 10
3.91010 m << 104 m
p
2em0Ua
1
eUa 2m0c
2
1
2
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2
6.626 1034
1
2 1.6 1019 9.1 1031Ua
1
第四章第五节 粒子的波动性和量子力学的建立 课件 高二下学期物理人教版(2019)择性必修第三册
物质波的实验验证
1929年，德布罗意因提出物质波的假说获得了诺贝尔物理学奖。 在之后，戴维孙和G. P. 汤姆孙因证实电子波动性获得了1937年的诺贝 尔物理学奖。 G. P. 汤姆孙的父亲 J. J. 汤姆孙因发现电子而获诺贝尔物理学奖，他则 由于验证了电子的波动性而获诺贝尔物理学奖。这是科学史上的一段佳话
人们惊讶地发现，世界具有奇妙的结构，最微观层次和最宏观层次的规律 ，竟有着紧密的联系。核物理的发展，还让人们成功地认识并利用了原子 核反应堆所释放的能量——核能。爱因斯坦说：“这是人们第一次利用太 阳以外的能量。”
量子力学的应用
量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展。人们认识了原子的结构， 以及原子、分子和电磁场相互作用的方式。
但它们中的每一个，都是针对一个特定的具体问题，都不是统一的普 遍性理论。
量子力学的建立
值得注意的是，在这 些成功的理论中，普朗克 常量都扮演了关键性的角 色（图4.5-3）。这就预 示着这些理论之间存在着 紧密的内在联系。在它们 的背后，应该存在着统一 描述微观世界行为的普遍 性规律
量子力学的建立
电子的德布罗意波长与X射线的波长具有相近的数量级。前面讲过，X 射线在通过晶体时会发生明显的衍射。
物质波的实验验证
1927年戴维孙和G. P. 汤姆孙分别用单晶和多晶晶体做了电子束衍射 的实验，得到了类似图4.5-1的衍射图样，从而证实了电子的波动性。
概率波
在后来的实验中，人们还进一步观测到了电子德布罗意波的干涉现象 （图4.5-2）。
他写道：“整个世纪①以来，在光学上，与波动方面的研究相比，忽 视了粒子方面的研究；而在实物粒子的研究上，是否发生了相反的错 误呢？是不是我们把粒子方面的图像想得太多，而忽视了波的现象？
物质的粒子性和波动性
物质的粒子性和波动性物质的粒子性和波动性是现代物理学的两个重要概念，它们描述了物质在微观尺度上的行为和性质。
本文将探讨物质的粒子性和波动性，并分析它们对于物理学理论和实验研究的影响。
一、物质的粒子性物质的粒子性指的是物质由许多微小的粒子组成，这些粒子在相互作用中表现出一定的“粒子”特性。
最基本的粒子是原子和分子，它们构成了一切物质的基本单位。
粒子性使物质具有了可以计数、可以分离、可以运动等特点。
物质的粒子性最早由古代哲学家和科学家提出，但直到20世纪初，随着原子结构的进一步研究和发现，物质的粒子性才得到了更深入的认识。
通过实验证据，科学家们发现，物质的组成是由一定数目的原子和分子构成的。
例如，金属的导电性就是由其内部的自由电子构成而来。
粒子性的研究还推动了粒子物理学的发展，揭示了更微观的物质组成，如原子核和基本粒子。
通过高能物理实验，科学家们探索了更深层次的粒子结构，例如发现了诸如夸克、轻子、弦等更基本的粒子。
二、物质的波动性物质的波动性指的是物质具有类似于波动的行为和性质。
根据量子力学理论，微观粒子（如电子、光子等）不仅具有粒子性，而且也具有波动性。
这一观点挑战了经典物理学中的粒子观念，引发了科学界对物质本质的深刻思考。
波动性最早由德布罗意提出，即物质粒子具有波动性的假设。
后来，这一假设通过实验证据得到了验证，例如干涉和衍射实验的结果显示，电子和光子等微观粒子在传播过程中会表现出波动和干涉的现象。
物质的波动性对物理学的发展产生了深远的影响。
它推动了量子力学的诞生和发展，丰富了物理学的理论体系。
例如，波函数和概率波等概念被引入，描述了微观粒子的运动和状态。
通过波动性的研究还发现了许多量子效应，如量子隧穿和量子纠缠等现象。
三、物质的波粒二象性物质的粒子性和波动性在一定程度上是相互矛盾的，但又相互关联、相互转化的。
这就提出了物质的波粒二象性的概念，即物质既可以看作粒子，也可以看作波动。
波粒二象性的研究成果表明物质在不同实验条件下表现出不同的性质。
粒子的波动性
4、戴维孙和汤姆孙是怎样证明电子旳波动 性旳？德布罗意波旳存在和德布罗意提出旳
波动关系旳正确性是怎样得到证明旳？
用晶体做电子束衍射试验→ ↓
质子、中子、原子、分子 波动性旳证明 ↓
德布罗意波旳存在及在相应 波动关系旳正确性
戴维孙试验模型 汤姆孙试验模型 试验成果展示
戴维孙试验模型
电子枪
U K
D
电子束
解：根据电子在电场中旳加速可知：
uq 1 mv2 v 2uq
2
m
h h 1.21010 m
p 2muq
从化学中我们懂得，晶体中物质微粒间距 离旳数量级为10-10m，和该电子旳波长比较 接近，故要观察到电子旳衍射现象就比较轻 易了德布罗意波长旳体现式得：
h p
6.626 1034 103 1103
m
6.6261034 m
宏观粒子观察不到衍射等现象，是因为宏观 粒子波长太小，极难满足波衍射旳条件。
那为何可观察到电子旳衍射现象呢？
算一算： 质量为9.1X10-31Kg旳处于静止状态旳
电子，经100V旳电压加速后，它旳德布罗 意波长为多少？
伦琴射线波动性旳研究 （用晶体中排列规则旳物质微粒作为衍射光栅）
4、戴维孙和汤姆孙是怎样证明电子旳波动 性旳？德布罗意波旳存在和德布罗意提出旳
波动关系旳正确性是怎样得到证明旳？
用晶体做电子束衍射试验→ ↓
质子、中子、原子、分子 波动性旳证明 ↓
德布罗意波旳存在及在相应 波动关系旳正确性
戴维孙试验 汤姆孙试验 试验成果展示
1、怎样了解光具有波粒二象性？为会什么说 普朗克常量h架起了粒子性和波动性之间旳 桥梁？
2、德布罗意是在什么思想旳引导下提出德布 罗意波旳？它遵从怎样旳关系？
粒子的波动性、不确定关系
粒子的波动性、不确定关系粒子的波动性、不确定关系【学习目标】1．知道康普顿效应及其理论解释；2．知道光具有波粒二象性，从微观角度理解光的波动性和粒子性；3．了解概率波的含义，了解光是一种概率波．4．知道微观粒子和光子一样具有波粒二象性；5．掌握波长hλ=的应用；p6．知道“不确定性关系”以及氢原子中“电子云”的具体含义．【要点梳理】要点一、粒子的波动性1．光的散射光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射．2．康普顿效应（1）美国物理学家康普顿在研究X射线通过金属、石墨等物质的散射时，发现在散射的X射线中，除了有与入射波长λ相同的成分外，还有波长大于0λ的成分．人们把这种波长变长的现象叫做康普顿效应．（2）经典电磁理论的困难：散射前后光的频率不变，因而散射光的波长与入射光的波长应该相同，不法预测，但光子遵循的分布规律可预测，（通过双缝后）产生干涉条纹，亮纹处光子到达的机会大，暗纹处光子到达的机会小．4．光的波动性与粒子性的统一（1）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．（2）光子的能量跟其对应的频率成正比，而频率是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．（3）对不同频率的光，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．要点诠释：光子是能量为hν的微粒，表现出粒子性，而光子的能量与频率ν有关，体现了波动性，所以光子是统一了波粒二象性的微粒，但是，在不同的条件下的表现不同，大量光子表现出波动性，个别光子表现出粒子性；光在传播时表现出波动性，光和其他物质相互作用时表现出粒子性；频率低的光波动性更强，频率高的光粒子性更强．综上所述，光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体，相互间并不是独立存在．5．再探光的双缝干涉实验物理学家做了图甲所示的实验，帮助我们认识光的波动性和粒子性的统一．在双缝干涉的屏处放上照相底片，如果让光子一个一个通过双缝，在曝光量很小时，底片上出现如图乙所示的不规则分布的点，表现出光的粒子性．如果曝光量很大，底片上出现规则的干涉条纹反映光子分布规律，遵循波的规律，如图中丙、丁所示．要点诠释：实验表明个别光子的行为无法预测，表现出粒子性；大量光子的行为表现出波动性，在干涉条纹中，光波强度大的地方，即光子出现概率大的地方；光波强度小的地方，是光子到达机会少的地方，即光子出现概率小的地方．因此，光波是一种概率波．要点诠释：曝光量很小时可以清楚地看出光的粒子性，曝光量很大时可以看出粒子的分布遵从波动规律．6．光的波粒二象性的理解光的干涉、衍射、偏振说明光不可怀疑地具有波动性，学习了光电效应、康普顿效应和光子说，认识到光的波动理论具有一定的局限性，光还具有粒子性，经过长期的探索表明：光既具有波动性，又具有粒子性，即具有波粒二象性．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观念的粒子光的波动性（1）足够能量的光在传播时，表现出波的性质（2）光是一种概率波，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，/E hcλ=中，c和λ就是波的概念7．光本性学说的发展简史学说微粒波动电磁说光子说波粒二象名称说说性代表人物牛顿惠更斯麦克斯韦爱因斯坦公认实验依据光的直进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组成的光是具有电磁本性的物质，既有波动性又有粒子性惠更斯的波动说认为光是一种机械波，是一种纯机械运动的形式，没有物质性，因此不能解释光在真空中的传播．麦克斯韦的光的电磁说认为光是一种电磁波，是物质的一种特殊形态，从而揭示了光的电磁本质，能圆满地解释光在真空中的传播以及光的反射、折射、干涉和衍射等现象．牛顿主张的微粒说，认为光是一种“弹性粒子流”，是一种实物粒子，没有波动性；爱因斯坦的光子说认为光是由光子构成的不连续的特殊物质，光的能量=，其中ν是光的频率，属于波的特征物理量之一，E hν因此光子学本身没有否定光的波动性．惠更斯的波动说与牛顿的微粒说由于受传统宏观观念的影响，都试图用一种观点去说明光的本性，因而它们是相互排斥、对立的两种不同的学说．麦克斯韦的光的电磁说与爱因斯坦的光子说是对立的统一体，揭示了光的行为的二重性：既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性．要点二、不确定关系1．物质的分析物理学把物质分为两大类：一类是分子、原子、电子、质子及由这些粒子所组成的物体，我们称它们为实物；另一类是场，如电场、磁场等，它们并不是由微观粒子所构成的，而是客观存在的一种特殊物质．（1）问题猜想：大家知道，光具有波动性，但同时也具有粒子性，即光具有波粒二象性，那么像分子、原子、质子、电子等微观粒子是否具有波动性呢？（2）德布罗意假设与物质波：1924年，32岁的法国物理学家德布罗意在他的博士论文中提出了一个大胆的假设：任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，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．（3）物质波波长的计算公式：hp λ=，式中h 是普朗克常量，p 是运动物体的动量．（4）物质波的实验验证——电子束的衍射： 1927年美国物理学家戴维孙和英国物理学家汤姆孙分别获得了电子束在晶体上的衍射图样（如图所示），从而证实了实物粒子——电子的波动性．他们为此获得了1937年的诺贝尔物理学奖．要点诠释：①1960年约恩孙直接做了电子双缝干涉实验，从屏上摄得了微弱电子束的干涉图样和光的干涉图样是非常相似的（如图所示）．这也证明了实物粒子的确具有波动性．②除了电子以外，后来还陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的E h ν=和h pλ=关系同样正确．1929年，德布罗意获得了诺贝尔物理学奖，成为以学位论文获此殊荣的人．3．物质波是概率波电子和其他微观粒子同光子一样，具有波粒二象性，所以与它们相联系的物质波也是概率波．要点诠释：（1）波粒二象性是包括光子在内的一切微观粒子的共同特征．（2）德布罗意波是概率波，在电子束的衍射图样中，电子落在“亮环”上的概率大，落在“暗环”上的概率小，但概率的大小受波动规律支配．4．不确定性关系（1）在经典力学中，一个质点的位置和动量是可以同时精确测定的，而在量子理论中，要同时准确地测出微观粒子的位置和动量是不可能的，也就是说不能同时用位置和动量来描述微观粒子的运动．我们把这种关系叫做不确定性关系．（2）海森伯（德国物理学家）的不确定性关系对于微观粒子的运动，如果以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，那么式中h是普朗克常量．（3）海森伯的不确定性关系是量子力学的一条基本原理，是物质波粒二象性的生动体现．它表明：在对粒子位置和动量进行测量时，精确度存在一个基本极限，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量．5．电子云由不确定性关系可知原子中的电子在原子核周围的运动是不确定的，因而不能用“轨道”来描述它的运动．电子在空间各点出现的概率是不同的．当原子处于稳定状态时，电子会形成一个稳定的概率分布．人们常用一些小黑圆点来表示这种概率分布，概率大的地方小黑圆点密一些，概率小的地方小黑圆点疏一些，这样电子的概率分布图的结果如同电子在原子核周围形成云雾，称为“电子云”．电子云是原子核外电子位置不确定的反映．要点诠释：（1）电子云描述的是电子在原子核外空间各点出现的概率大小的一种形象化的图示，并不是代表电子的位置．（2）我们通常认为的“核外电子轨道”，只不过是电子出现概率最大的地方．6．位置和动量的不确定性关系的理解（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，但它们可以处于挡板左侧的任何位置，也就是说，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的．（2）粒子动量的不确定性．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．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．（3）位置和动节的不确定性关系：由4h x p π∆∆≥可以知道，在微观领域，要准确地测定粒子的位置，动量的不确定性就更大；反之，要准确确定粒子的动量，那么位置的不确定性就更大．如将狭缝变成宽缝，粒子的动量能被精确测定（可认为此时不发生衍射），但粒子通过缝的位置的不确定性却增大了；反之取狭缝0x ∆→，粒子的位置测定精确了，但衍射范围会随Δx 的减小而增大，这时动量的测定就更加不准确了．（4）微观粒子的运动具有特定的轨道吗？ 由不确定关系4h x p π∆∆≥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“轨道”的观点来描述粒子的运动，因为“轨道”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，而是只能通过概率波作统计性的描述．7．显微镜的分辨本领最好的光学显微镜能够分辨200 nm 大小的物体．衍射现象限制了光学显微镜的分辨本领．波长越长，衍射现象越明显．可见光波长为370750 nm ～，日常生活中的物体大小比可见光波长大得多，光的衍射不明显，所以我们才说光沿直线传播．当被观察物太小时，衍射现象不能忽略，这样物体的像就模糊了，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．电子束也是一种波，如果把它加速，电子动量很大，它的德布罗意波波长就很短，衍射现象的影响就很小．现代电子显微镜的分辨本领可以达到0.2 nm ．由于加速电压越高电子获得的动量越大，它的波长就越短，分辨本领也就越强，所以电子显微镜的分辨本领大小常用它的加速电压来表示．要点三、本章知识概括1．知识网络2．要点回顾不确定性关系：4h x p π∆∆≥，x ∆表示粒子位置的不确黑体辐射的实验规律：随着温度的升高，各种波长的幅度都增加，辐射强度的 能量（1）产生条件：入射光频率大于被照射金属的极限频率 （2）入射光频率→决定每个光子能量E h ν=→决定光电子逸出后最大初动能 光电用X 射线照射物体时，散射出来的X 射线的波长会变长 康普（1）光既具有波动性，又具有粒子性，光的波动性和粒子性是光在不同条件下的不同表现（2）大量的光子产生的效果显示波动性；个别光的波（1）一切运动的物体都具有波粒二象性 （2）物质波波长h pλ= 粒子的定量，p 表示粒子在x方向上的动量的不确定量．电子云：电子在原子核外空间出现的概率大小的形象表示．【典型例题】类型一、粒子的波动性例1．科学研究表明：能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律．从科学实践的角度来看，迄今为止，人们还没有发现这些守恒定律有任何例外．相反，每当在实验中观察到似乎是违反守恒定律的现象时，物理学家们就会提出新的假设来补救，最后总是以有新的发现而胜利告终．如人们发现，两个运动着的微观粒子在电磁场的相互作用下，两个粒子的动量的矢量和似乎是不守恒的．这时物理学家又把动量的概念推广到了电磁场，把电磁场的动量也考虑进去，总动量就又守恒了．现有沿一定方向运动的光子与一个原来静止的自由电子发生碰撞后自由电子向某一方向运动，而光子沿另一方向散射出去．这个散射出去的光子与入射前相比较，其波长________（填“增大”“减小”或“不变”）．【思路点拨】光子具有动量且与其他物质相互作用时，动量守恒。
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龙文教育学科教师辅导讲义教师：______ 学生：______ 时间:_____年_____月____日____段1929年，德布罗意因对实物粒子波动性的揭示而获得诺贝尔物理学奖.在授奖仪式上，瑞典物理学家卡尔·乌辛把德布罗意介绍给全体与会者，并发表了如下的讲话：“有一首每个瑞典人都很熟悉的诗是这样开头的：‘我的生活——就是波’.诗人也可以这样来表达他的思想：‘我——就是波’.他最好这样表达，这样，他的诗句也将包含着对物质性质最深刻认识的先觉.从现在起，这样的认识已是我们都能接受的了……”3年高考平台一、选择题1.研究光电效应规律的实验装置如图16-1所示,以频率为ν的光照射光电管阴极K时,有光电子产生.由于光电管K、A间加的是反向电压,光电子从阴极K发射后将向阳极A作减速运动.光电流i由图中电流计G测出,反向电压U由电压表V测出.当电流计的示数恰好为零时,电压表的示数称为反向截止电压U0.在下列表示光电效应实验规律的图像中,错误的是（）图16-1图16-2答案:B2.现有a、b、c三束单色光，其波长关系为λa＞λb＞λc.用b光束照射某种金属时，恰能发生光电效应.若分别用a光束和c光束照射该金属，则可以断定（）A.a光束照射时，不能发生光电效应B.c光束照射时，不能发生光电效应C.a光束照射时，释放出的光电子数目最多D.c光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小答案：A二、非选择题3.（1）人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律.请问谁提出了何种学说很好地解释了上述规律？已知锌的逸出功为3.34 eV，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106 m/s，求该紫外线的波长λ（电子质量m e=9.11×10-31 kg，普朗克常量h=6.63×10-34 J·s,1 eV=1.60×10-19 J ）. （2）风力发电是一种环保的电能获取方式.图16-3为某风力发电站外观图.设计每台风力发电机的功率为40 kW.实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%，空气的密度是1.29 kg/m3，当地水平风速约为10 m/s，问风力发电机的叶片长度约为多少才能满足设计要求？课题光的波动性和粒子性图16-3答案：（1）2.01×10-7 m （2）10 m解析：（1）爱因斯坦提出了光子学说很好地解释了光电效应. ①根据爱因斯坦光电效应方程hc/λ=W+221v m e ② 所以λ=2.01×10-7 m. ③(2)风的动能：E k =221mv ① 风t 时间内通过叶片为半径圆的质量：m=ρV=ρπl 2vt ② ηρπη3221v l t E P k== ③ 由①②③得：l ≈10 m.高考题 一、选择题1.在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是( )A.光的折射现象、色散现象B.光的反射现象、干涉现象C.光的衍射现象、偏振现象D.光的直线传播现象、光电效应现象答案：C2.有关红、蓝两束单色光，下述说法正确的是（ ）A.在空气中的波长λ红＜λ蓝B.在水中的光速v 红＜v 蓝C.在同一介质中的折射率n 红＞n 蓝D.蓝光光子的能量大于红光光子的能量答案：D3. 2005年被联合国定为“世界物理年”，以表彰爱因斯坦对科学的贡献.爱因斯坦对物理学的贡献有（ ）A.创立“相对论”B.发现“X 射线”C.提出“光子说”D.建立“原子核式模型”答案：AC5.(2005江苏高考综合，22)光电效应现象证明了光具有（ ）A.粒子性B.波动性C.衍射的特性D.干涉的特性答案：A7.(2005广东高考综合，29)硅光电池是利用光电效应将光辐射的能量转化为电能.若有N 个频率为ν的光子打在光电池极板上，这些光子的总能量为（h 为普朗克常量）（ ）A.h νB.hv 21 C.Nh ν D.2Nh ν 答案：C二、非选择题8. 1801年,托马斯·杨用双缝干涉实验研究了光波的性质.1834年,洛埃利用单面镜同样得到了杨氏干涉的结果(称洛埃镜实验).图16-4(1)洛埃镜实验的基本装置如图16-4所示,S 为单色光源,M 为一平面镜.试用平面镜成像作图法画出S 经平面镜反射后的光与直接发出的光在光屏上相交的区域.(2)设光源S 到平面镜的垂直距离和到光屏的垂直距离分别为a 和L,光的波长为λ,在光屏上形成干涉条纹.写出相邻两条亮纹(或暗纹)间距离Δx 的表达式.答案:略解析：(1)(2)λdL x =∆ 因为d=2a,所以.2λa L x =∆ 题源探究1.已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0（ ）A.当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B.当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生光电子的最大初动能为h ν0C.当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大D.当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍答案：AB2.某光电管的阴极是用金属钾制成的，它的逸出功为2.21 eV ,用波长为2.5×10-7 m 的紫外线照射阴极，已知真空中光速为3.0×108 m/s ，元电荷为1.6×10-19 C,普朗克常量为6.63×10-34 J ·s ，求得钾的极限频率和该光电管发射的光电子的最大动能应分别是（ ）A.5.3×1014 Hz,2.2 JB.5.3×1014 Hz,4.4×10-19 JC.3.3×1033 Hz,2.2 JD.3.3×1033 Hz,4.4×10-19 J答案：B考点:光电效应在光的照射下物体发射电子的现象，叫做光电效应，发射出的电子叫做光电子.光电效应的规律：每种金属都存在发生光电效应的极限频率；光电子的最大初动能与入射光的强度无关，随入射光的频率增大而增大；光电效应的瞬时性，一般不超过10-9 s ；当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比.爱因斯坦的光子说：空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，每个光子的能量为E=h ν.爱因斯坦光电效应方程：E k =h ν-W.机械地记忆，一定要理解好.爱因斯坦的光子说就可以很好地解释光电效应：光子的能量被金属中的某个电子吸收后，能量增加，如果能量足够大，电子就能克服金属内正电荷对它的引力，离开金属表面逃逸出来，成为光电子.且入射光的能量越大，光电子的最大初动能也越大.不同金属对电子的束缚程度不同，如果光子的能量小于使电子逃逸出来所需的最小值，无论光多么强，照射时间多么长，也不能使电子从金属中逃逸出来，因而每种金属都存在极限频率.电子对光子的吸收十分迅速，因此光电效应的发生几乎是瞬时的.对光电流的强度与入射光的强度成正比，只对同种金属才是成立的，若不同色光照射同种金属，或同种色光照射不同的金属，则失去了比较的意义.（2）光电效应的实际应用之一就是光电管，由于高考命题非常注重应用型、能力型试题，要引起重视.【例】 在如图16-6所示的光电管实验中，发现用一定频率的A 单色光照射光电管时，电流表指针会发生偏转，而用另一频率的B 单色光照射时不发生光电效应，那么（ ）图16-A.A 光的频率大于B 光的频率B.B 光的频率大于A 光的频率C.用A 光照射光电管时流过电流表G 的电流方向是a 流向bD.用A 光照射光电管时流过电流表G 的电流方向是b 流向a考点2光的波粒二象性、物质波光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性. 任何一个运动着的物体，都有一种物质波与它对应，波长ph =λ. 方法点击 既不可把光当成宏观观念中的波，也不可把光当成宏观观念中的粒子.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.光在传播过程中往往显示波动性，在与物质作用时往往显示粒子性.2年模拟题阵基础巩固一、选择题1.(2006甘肃诊断理综)夏天，在黄河边散步时，发现水面上有油污，在阳光的照射下会看到彩色的花纹，这属于（ ）A.光的色散现象B.光的衍射现象C.光的干涉现象D.光的全反射现象答案：C2.(2006北京东城一模)下列实际的例子中，应用的物理原理表明光是波动的是（ ）A.在磨制各种镜面或其他光学平面时应用干涉法检查平面的平整程度B.拍摄水面下的物体时，在照相机镜头前装一片偏振滤光片，可以使景象清晰C.一窄束白光通过三棱镜色散得到彩色的光带D.利用光照射到光电管上产生光电流，进行自动控制答案：AB3.(2005湖北一模)白光通过双缝在屏上观察到干涉条纹，除中央为白色明纹外，两侧还出现彩色条纹，它的原因是 （ ）A.各色光的波长不同B.各色光的速度不同C.各色光的色散不同D.各色光的强度不同4.(2005江苏启东一模)抽制高强度纤维细丝时可用激光监控其粗细，如图16-7所示，观察激光束经过细丝时在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化.下列说法正确的是( )图16-7A.这主要是光的干涉现象B.这主要是光的衍射现象C.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗D.如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细答案：BD5.(2006云南质量检测)关于光电效应，下列说法正确的是（）A.发生光电效应时，一般来说，照射光频率一定，被照射的金属不同，则逸出的光电子的最大初动能不同B.发生光电效应时，不同频率的单色光照射同一种金属表面，逸出的光电子的最大初动能并不相同C.发生光电效应时，逸出的光电子的最大初动能的最小值等于金属的逸出功D.用某单色光照射某金属表面时，没发生光电效应.若用多束这样的单色光同时照射该金属表面，可能发生光电效应答案：AB6.(2006四川一模)如图16-8所示是伦琴射线管的装置示意图，关于该装置，下列说法中正确的是（）图16-8A.E1可用低压交流电源，也可用直流电源（蓄电池）B.E2是高压直流电源，且E2的右端为电源的正极C.射线a、b均是电子流D.射线a是电子流、射线b是X射线答案：ABD7.(2006江苏南京一模)太阳表面的温度约为6 000 K,所辐射的电磁波中辐射强度最大的在可见光波段;人体的温度约为310 K,所辐射的电磁波中辐射强度最大的在红外线波段.宇宙空间内的电磁辐射相当于温度约为3 K的物体所发出的,这种辐射称为“3 K背景辐射”.若要对“3 K背景辐射”进行观测研究,则应选择的观测波段为（）A.无线电波B.紫外线C.X射线D.γ射线答案：A8.(2005上海二模)如图16-9所示，一验电器与锌板相连，现用一弧光灯照射锌板一段时间，关灯后，指针保持一定偏角（）图16-9A.用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将增大B.用一带负电的金属小球与锌板接触，则验电器指针偏角将减小C.使验电器指针回到零，改用强度更大的弧光灯照射锌板相同的时间，验电器指针偏角将增大D.使验电器指针回到零，改用强度更大的红外线灯照射锌板，验电器的指针一定偏转9.(2006湖北武汉二模)下列说法正确的是（ ）A.如果地球表面没有大气层，太阳照亮地球的范围要比有大气层时略大些B.激光是一种人工产生的相干光，因此可对它进行调制来传递信息C.激光雷达能根据多普勒效应测出目标的运动速度，从而对目标进行跟踪D.从本质上说激光是横波答案：BCD10.(2006河南郑州一模)如图16-10所示，是用干涉法检查某块厚玻璃块的上表面是否平的装置，所用单色光是用普通光源加滤光片产生的，检查中所观察到的干涉条纹是由下列哪两个表面反射的光线叠加而成的（ ）图16-10A.a 的上表面和b 的下表面B.a 的上表面和b 的上表面C.a 的下表面和b 的上表面D.a 的下表面和b 的下表面答案：C二、非选择题11.(2005山西二模)已知每秒钟从太阳辐射到地球表面上垂直于太阳光方向的每平方米面积上的辐射能为1.4×103 J ，其中可见光部分约占45％.假设可见光的波长均为0.55 μm ，太阳向各个方向的辐射是均匀的，日地间距离为1.5×1011 m ，取普朗克常量为h=6.6×10-34 J ·s ，由此估算太阳每秒钟辐射出的可见光光子数约为多少个？(答案保留两位有效数字)答案：4.9×1044解析：设地球上每秒钟单位面积上得到的光子数目为N ，P ×45%=,λc Nh所以得到太阳每秒钟辐射出的可见光光子数n=N ×4πr 2，代入数据计算得n=4.9×1044.12.(2006陕西一模)如图16-11所示，相距为d 的两平行金属板A 、B 足够大，板间电压恒为U ，有一波长为λ的细激光束照射到B 板中央，使B 板发生光电效应，已知普朗克常量为h ，金属板B 的逸出功为W ，电子质量为m ，电荷量e ，求：图16-11（1）从B 板运动到A 板所需时间最短的光电子，到达A 板时的动能；（2）光电子从B 板运动到A 板时所需的最长时间.答案：（1）W hc eU -+λ (2)eUm d t 2=解析：（1）根据爱因斯坦光电效应方程E k =h ν-W ，光子的频率为：λνc =．所以，光电子的最大初动能为.W hcE k -=λ能以最短时间到达A 板的光电子，是初动能最大且垂直于板面离开B 板的电子，设到达A 板的动能为E k1，由动能定理，得eU=E k1－E k ，所以λhc eU E k +=1.W -（2）能以最长时间到达A 板的光电子，是离开B 板时的初速度为零或运动方向平行于B 板的光电子．则,22122dm eUt at d ==得.2eUm d t =综合提升一、选择题13.(2005江苏南京二模)下列有关光现象的应用技术中，正确的说法是（ ）A.无影灯是应用光的衍射现象B.增透膜是应用光的干涉现象C.分光镜是应用光的色散现象D.光导纤维是应用光的全反射现象答案：BCD14.(2006陕西西安八校联考)用某单色光照射金属表面，金属表面有光电子飞出.如果照射光的频率增大，强度减弱则单位时间内飞出金属表面的光电子数和光电子的最大初动能的变化是（ ）A.光电子数增多，最大初动能减少B.光电子数增多，最大初动能增加C.光电子数减少，最大初动能减少D.光电子数减少，最大初动能增加答案：D。