高中物理3-5第十七章波粒二象性学案

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2019-2020学年高中物理第17章波粒二象性学案新人教版选修3-5【共4套31页】

本套资源目录2019_2020学年高中物理第17章1能量量子化2光的粒子性学案新人教版选修3_52019_2020学年高中物理第17章3粒子的波动性学案新人教版选修3_52019_2020学年高中物理第17章4概率波5不确定性关系学案新人教版选修3_52019_2020学年高中物理第17章章末复习课学案新人教版选修3_51能量量子化2光的粒子性[学习目标] 1.了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射．(重点)2.了解黑体辐射的实验规律，了解黑体辐射的强度与波长的关系．(重点)3.知道光电效应中极限频率的概念及其与光的电磁理论的矛盾.4.知道光子说及其对光电效应的解释．(重点)5.掌握爱因斯坦光电效应方程并会用它来解决简单问题．(难点)一、能量量子化1．黑体与黑体辐射(1)热辐射我们周围的一切物体都在辐射电磁波．这种辐射与物体的温度有关，所以叫做热辐射．物体热辐射中随温度的升高，辐射的较短波长的电磁波的成分越来越强．(2)黑体某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体．(3)黑体辐射的实验规律①一般材料的物体，辐射电磁波的情况，除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关．②黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．(4)维恩和瑞利的理论解释①建立理论的基础：依据热学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释．②维恩公式：在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大．③瑞利公式：在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，由理论得出的荒谬结果被称为“紫外灾难”．2．能量子(1)普朗克的假设振动着的带电微粒能量只能是某一最小能量值ε的整数倍.即能的辐射或者吸收只能是一份一份的．这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子．(2)能量子公式ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量．h＝6.626×10－34J·s.(一般取h＝6.63×10－34J·s)(3)能量的量子化在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的．这种现象叫能量的量子化．(4)普朗克理论①借助于能量子的假说，普朗克得出了黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合之好令人击掌叫绝．②普朗克在1900年把能量子列入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念，成为新物理学思想的基石之一．二、光电效应现象和规律1．光电效应定义照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出的现象．2．光电子光电效应中发射出来的电子．3．光电效应的实验规律(1)存在着饱和电流．入射光强度一定，单位时间内阴极K发射的光电子数一定．入射光越强，饱和电流越大．表明入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多．(2)存在着遏止电压和截止频率．遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度．对于一定颜色(频率)的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的，即光电子的能量只与入射光的频率有关．当入射光的频率低于截止频率时，不论光多么强，光电效应都不会发生．(3)光电效应具有瞬时性．光电效应几乎是瞬时的，无论入射光怎么微弱，时间都不超过10－9 s.4．逸出功使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功，用W0表示，不同金属的逸出功不同．三、爱因斯坦的光子说及光电效应方程1．光子说(1)内容光不仅在发射和吸收时能量是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν，这些能量子称为光子．(2)光子能量公式为ε＝hν，其中ν指光的频率．2．光电效应方程(1)对光电效应的说明在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hν，其中一部分用来克服金属的逸出功W0，另一部分为光电子的初动能E k.(2)光电效应方程E k＝hν－W0.3．对光电效应规律的解释(1)光电子的最大初动能与入射光频率有关，与光的强弱无关．只有当hν>W0时，才有光电子逸出．(2)电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间．(3)对于同种颜色的光，光较强时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子较多，因而饱和电流较大．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)温度越高，黑体辐射电磁波的强度越大．(√)(2)能量子的能量不是任意的，其大小与电磁波的频率成正比．(√)(3)金属表面是否发生光电效应与入射光的强弱有关．(×)(4)在发生光电效应的条件下，入射光强度越大，饱和光电流越大．(√)(5)不同的金属逸出功不同，因此金属对应的截止频率也不同．(√)(6)入射光若能使某金属发生光电效应，则入射光的强度越大，照射出的光电子越多．(√)2.(多选)下列叙述正确的是( )A．一切物体都在辐射电磁波B．一般物体辐射电磁波的情况只与温度有关C．一般物体辐射电磁波的情况只与材料有关D．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关[解析]根据热辐射定义知A对；根据热辐射和黑体辐射的特点知一般物体辐射电磁波的情况除与温度有关外，还与材料种类和表面状况有关，而黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体温度有关，B、C错、D对．[答案]AD3．(多选)对光电效应的解释正确的是( )A．金属内的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，它积累的动能足够大时，就能逸出金属B．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服引力要做的最小功，光电子便不能逸出来，即光电效应便不能发生了C．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，发射的光电子的最大初动能就越大D ．由于不同的金属逸出功是不相同的，因此使不同金属产生光电效应的入射光的最低频率也不相同[解析] 实验证明，不论入射光的强度多大，只要入射光的频率小于金属的极限频率，就不会发生光电效应，而光电子的最大初动能与入射光频率和金属材料有关，材料不同，逸出功不同，由爱因斯坦光电效应方程hν＝W ＋12mv 2m 可知，光电子的最大初动能也就不同．当v m ＝0时，ν0＝W h，W 不同则ν0不同．最大初动能与光强无关． [答案] BD1(1)温度一定时，黑体辐射强度随波长的分布有一个极大值．(2)随着温度的升高①各种波长的辐射强度都有增加；②辐射强度的极大值向波长较短的方向移动．[特别提醒]①热辐射不一定要高温，任何温度的物体都发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强；②黑体是一个理想化的物理模型，实际不存在；③黑体看上去不一定是黑的，有些可看作黑体的物体由于自身有较强的辐射，看起来还会很明亮．3．能量子的有关问题(1)对能量子的理解：物体热辐射所发出的电磁波是通过内部的带电谐振子向外辐射的，谐振子的能量是不连续的，只能是hν的整数倍．(2)能量子假说的意义：解决了“紫外灾难”的问题，破除了“能量连续变化”的传统观念．【例1】(多选)黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知( )A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增加B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增加C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动[解析]由图可知，随温度升高，各种波长的辐射强度都增加，且辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，当温度降低时，上述变化都将反过来，故A、C、D正确，B错误．[答案]ACD1．(多选)关于对热辐射的认识，下列说法正确的是( )A．温度越高，物体辐射的电磁波越强B．冷的物体只吸收电磁波C．辐射强度按波长的分布情况只与物体的温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色[解析]一切物体都在不停地向外辐射电磁波，且温度越高，辐射的电磁波越强，A 正确，B错误；选项C是黑体辐射的特性，C错误；常温下看到的不透明、非发光物体的颜色是反射光的颜色，D正确．[答案]AD1(1)光子与光电子光子指光在空间传播时的每一份能量，光子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子，其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果．(2)光电子的动能与光电子的最大初动能光照射到金属表面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量，可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大初动能．光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能．(3)光子的能量与入射光的强度光子的能量即每个光子的能量，其值为ε＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决定．入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数的乘积．(4)光电流与饱和光电流金属板飞出的光电子到达阳极，回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件下，饱和光电流与所加电压大小无关．(5)光的强度与饱和光电流饱和光电流与入射光强度成正比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入射光强度之间没有简单的正比关系．2．光电效应与经典电磁理论的矛盾(1)矛盾之一：遏止电压由入射光频率决定，与光的强弱无关按照光的经典电磁理论，光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压应与光的强弱有关，而实验表明：遏止电压由入射光的频率决定，与光强无关．(2)矛盾之二：存在截止频率按照光的经典电磁理论，不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够的能量从而逸出表面，不应存在截止频率．而实验表明：不同金属有不同的截止频率，入射光频率大于截止频率时才会发生光电效应．(3)矛盾之三：具有瞬时性按照光的经典电磁理论，如果光很弱，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量．而实验表明：无论入射光怎样微弱，光电效应几乎是瞬时的．【例2】利用光电管研究光电效应实验如图所示，用频率为ν的可见光照射阴极K，电流表中有电流通过，则( )A．用紫外线照射，电流表一定有电流通过B．用红光照射，电流表一定无电流通过C．用红外线照射，电流表一定无电流通过D．用频率为ν的可见光照射K，当滑动变阻器的滑动触头移到A端时，电流表中一定无电流通过[解析]因紫外线的频率比可见光的频率高，所以用紫外线照射时，电流表中一定有电流通过，选项A正确．因不知阴极K的截止频率，所以用红光或红外线照射时，也可能发生光电效应，所以选项B、C错误．即使U AK＝0，电流表中也可能有电流通过，所以选项D错误．[答案] A在例题2中，若将电路中的电源正负极对调，其他条件不变．则电路中是否还有电流？若将滑动触头左右移动？电流表示数如何变化？【提示】电路中不一定有电流．若将触头向A端移动，则电流可能逐渐增大，向B 端移动电流可能逐渐减小．关于光电效应的两点提醒(1)发生光电效应时需满足：照射光的频率大于金属的极限频率，即ν＞νc，或光子的能量ε＞W0.(2)光电子的最大初动能只与照射光的频率及金属的逸出功有关，而与照射光的强弱无关，强度大小决定了逸出光电子的数目多少．2．(多选)对光电效应的理解正确的是( )A．金属钠的每个电子可以吸收一个或一个以上的光子，当它积累的动能足够大时，就能逸出金属B．在光电效应中，一个电子只能吸收一个光子C．如果入射光子的能量小于金属表面的电子克服原子核的引力而逸出时所需做的最小功，便不能发生光电效应D．发生光电效应时，入射光越强，光子的能量就越大，光电子的最大初动能就越大[解析]按照爱因斯坦的光子说，光子的能量由光的频率决定，与光强无关，入射光的频率越大，发生光电效应时产生的光电子的最大初动能越大；但要使电子离开金属，电子必须具有足够的动能，而电子增加的动能只能来源于照射光的光子能量，且一个电子只能吸收一个光子，不能同时吸收多个光子，所以光子的能量小于某一数值时便不能产生光电效应现象；电子从金属逸出时只有从金属表面向外逸出的电子克服原子核的引力所做的功最小．综上所述，选项B、C正确．[答案]BC1k 0(1)式中的E k 是光电子的最大初动能，就某个光电子而言，其离开金属时剩余动能大小可以是0～E k 范围内的任何数值．(2)光电效应方程实质上是能量守恒方程：能量为E ＝hν的光子被电子所吸收，电子把这些能量的一部分用来克服金属表面对它的吸引，另一部分就是电子离开金属表面时的动能．如果克服吸引力做功最少为W 0，则电子离开金属表面时动能最大为E k ，根据能量守恒定律可知：E k ＝hν－W 0.(3)光电效应方程包含了产生光电效应的条件：若发生光电效应，则光电子的最大初动能必须大于零，即E k ＝hν－W 0>0，亦即hν＞W 0，ν＞W 0h ＝νc ，而νc ＝W 0h恰好是光电效应的截止频率． (4)E km ν图线：如图所示是光电子最大初动能E km 随入射光频率ν的变化图线．这里，横轴上的截距是截止频率或极限频率；纵轴上的截距是逸出功的负值；斜率为普朗克常量．2．光电效应规律中的两条线索、两个关系(1)两条线索：(2)两个关系：光强→光子数目多→发射光电子多→光电流大；光子频率高→光子能量大→产生光电子的最大初动能大．【例3】在研究光电效应现象时，先后用两种不同色光照射同一光电管，所得的光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线如图所示，下列说法正确的是( )A．色光乙的频率小、光强大B．色光乙的频率大、光强大C．若色光乙的强度减为原来的一半，无论电压多大，色光乙产生的光电流一定比色光甲产生的光电流小D．若另一光电管所加的正向电压不变，色光甲能产生光电流，则色光乙一定能产生光电流[解析]由题中图象可得用色光乙照射光电管时遏止电压大，使其逸出的光电子最大初动能大，所以色光乙的频率大，光子的能量大．由题中图象可知，色光甲的饱和光电流大于色光乙的饱和光电流，故色光甲的光强大于色光乙的光强，AB错误；如果使色光乙的强度减半，则只是色光乙的饱和光电流减半，在特定的电压下，色光乙产生的光电流不一定比色光甲产生的光电流小，C错误；因色光乙的频率大于色光甲的，故另一个光电管加一定的正向电压，如果色光甲能使该光电管产生光电流，则色光乙一定能使该光电管产生光电流，D 正确．[答案] D3．(多选)现用某一光电管进行光电效应实验，当用某一频率的光入射时，有光电流产生．下列说法正确的是( )A．保持入射光的频率不变，入射光的光强变大，饱和光电流变大B．入射光的频率变高，饱和光电流变大C．入射光的频率变高，光电子的最大初动能变大D．保持入射光的光强不变，不断减小入射光的频率，始终有光电流产生[解析]产生光电效应时，光的强度越大，单位时间内逸出的光电子数越多，饱和光电流越大，说法A正确．饱和光电流大小与入射光的频率无关，说法B错误．光电子的最大初动能随入射光频率的增加而增加，与入射光的强度无关，说法C正确．减小入射光的频率，如低于极限频率，则不能发生光电效应，没有光电流产生，说法D错误．[答案]AC4．爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释了光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖．某种金属逸出光电子的最大初动能E km与入射光频率ν的关系如图所示，其中ν0为极限频率．从图中可以确定的是( )A．逸出功与ν有关B．E km与入射光强度成正比C．当ν<ν0时，会逸出光电子D．图中直线的斜率与普朗克常量有关[解析]金属的逸出功只和金属的极限频率有关，与入射光的频率无关，A错误；最大初动能取决于入射光的频率，而与入射光的强度无关，B错误；只有ν>ν0时才会发生光电效应，C错误；由爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0和W0＝hν0(W0为金属的逸出功)可得，E k＝hν－hν0，可见图象的斜率表示普朗克常量，D正确．[答案] D1．关于黑体及黑体辐射，下列说法正确的是( )A．黑体是真实存在的B．普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元C．随着温度升高黑体辐射的各波长的强度有些会增强，有些会减弱D．黑体辐射无任何实验依据[解析]黑体并不是真实存在的，A错误；普朗克引入能量子的概念，得出黑体辐射的强度按波长分布的公式，与实验符合得非常好，并由此开创了物理学的新纪元，故B正确；随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，故C错误；黑体辐射是有实验依据的，故D错误．[答案] B2.(多选)光电效应实验的装置如图所示，则下列说法正确的是( )A．用紫外线照射锌板，验电器指针会发生偏转B．用红色光照射锌板，验电器指针会发生偏转C．锌板带的是负电荷D．使验电器指针发生偏转的是正电荷[解析]锌板连接验电器，在紫外光的照射下，锌板中有一部分自由电子从表面飞出来，锌板中缺少电子，于是带正电，则验电器也带正电并且指针发生偏转，故AD正确，C错误；红光不能使锌板发生光电效应，B错误．[答案]AD3．入射光照射到某金属表面上发生光电效应，若入射光的强度减小，而频率保持不变，那么( )A．从光照到金属表面上到发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能将减小C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数将减少D．有可能不发生光电效应[解析]发生光电效应几乎是瞬间的，所以A错误；入射光的频率不变，则逸出的光电子的最大初动能也就不变，B错误；入射光强度减弱，说明单位时间内入射光子数减少，则单位时间内从金属表面逸出的光电子数也减少，C正确；入射光照射到某金属上发生光电效应，说明入射光频率大于这种金属的极限频率，即使入射光的强度减小，也一定能发生光电效应，D错误．[答案] C4.如图所示为一真空光电管的应用电路，关于电路中光电流的饱和值，下列说法正确的是( )A．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率B．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度C．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于光电管所加的正向电压的大小D．发生光电效应时，电路中光电流的饱和值取决于入射光的光照时间[解析]在光电管中若发生了光电效应，单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关，光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关，故B正确，ACD错误．[答案] B3粒子的波动性[学习目标] 1.知道光的本性认识史.2.知道光的波粒二象性，理解其对应统一的关系．(重点)3.会用光的波粒二象性分析有关现象．(重点)4.理解德布罗意波，会解释相关现象．(重点、难点)一、光的波粒二象性1.2．光子的能量和动量 (1)能量：ε＝h ν. (2)动量：p ＝h 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＝h ν和p ＝hλ揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系．二、粒子的波动性及实验验证 1．粒子的波动性 (1)德布罗意波1924年法国巴黎大学的德布罗意提出假设：实物粒子也具有波动性，每一个运动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，也叫物质波．(2)物质波的波长、频率关系式ν＝εh ，λ＝h p.2．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，也应该发生干涉或衍射现象．电子束穿过铝箔后的衍射图样(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实验，得到了电子的衍射图样，如图所示，证实了电子的波动性．(3)说明①人们陆续证实了质子、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ν＝εh 和λ＝h p关系同样正确．②宏观物体的质量比微观粒子大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的波长很小，根本无法观察到它的波动性．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)一切宏观物体都伴随一种波，即物质波． (×)(2)湖面上的水波就是物质波．(×)(3)电子的衍射现象证实了实物粒子具有波动性．(√)(4)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性．(√)(5)光子数量越大，其粒子性越明显．(×)2．(多选)关于光的本性，下列说法中正确的是( )A．关于光的本性，牛顿提出“微粒说”．惠更斯提出“波动说”，爱因斯坦提出“光子说”，它们都说明了光的本性B．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性D．光电效应说明光具有粒子性[解析]光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述，不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波，光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一个光子，不是牛顿微粒说中的经典微粒．某现象说明光具有波动性，是指波动理论能解释这一现象．某现象说明光具有粒子性，是指能用粒子说解释这个现象．要区分说法和物理史实与波粒二象性之间的关系．C、D正确，A、B错误．[答案]CD3．关于物质波，以下观点不正确的是( )A．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，这就是物体波B．只有运动着的微观粒子才有物质波，对于宏观物体，不论其是否运动，都没有相对应的物质波C．由于宏观物体的德布罗意波长太小，所以无法观察到它们的波动性D．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[解析]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，故A正确，B错误；由于宏观物体的德布罗意波长太小，所以无法观察到它们的波动性，故C正确；电子束照射到金属晶体上得到了电子束的衍射图样，从而证实了德布罗意的假设是正确的，故D正确．本题选择不正确的，故选B.[答案] B。

第十七章波粒二象性全章教学案

第十七章波粒二象性全章教学案一、引言波粒二象性是描述微观粒子性质的基本原理之一。

通过学习波粒二象性的概念和相关实验，可以帮助学生形成对微观世界的完整认识。

本教学案将围绕波粒二象性展开，通过理论探讨和实验操作，帮助学生深入理解波粒二象性的概念和实质。

二、教学目标1.了解波粒二象性的概念和实质；2.掌握波动性和粒子性的基本特征；3.掌握双缝干涉和单缝衍射实验的原理和操作；4.能够分析和解释波动性和粒子性的实验现象。

三、教学内容1. 波粒二象性的概念和实质•波动性：通过实验发现微观粒子也表现出波动性，具有干涉和衍射的特征；•粒子性：微观粒子在测量时表现出局域性，具有位置和动量的确定性。

2. 波动性的实验2.1 双缝干涉实验•实验装置：使用光源、双缝纱片、屏幕等构建实验台；•实验操作：调整光源和缝间距离，观察干涉条纹的出现和变化；•实验结果：观察到明暗相间的干涉条纹，证明了微观粒子具有波动性。

2.2 单缝衍射实验•实验装置：使用光源、单缝纱片、屏幕等构建实验台；•实验操作：调整光源和缝宽，观察衍射图样的出现和变化；•实验结果：观察到衍射图样，证明了微观粒子具有波动性。

3. 粒子性的实验3.1 光电效应实验•实验装置：使用光源、光电管、电压源等构建实验台；•实验操作：调整光源强度和电压，观察光电流的变化；•实验结果：光电流的变化与光源强度成正比，证明了微观粒子具有粒子性。

3.2 康普顿散射实验•实验装置：使用射线源、散射器、探测器等构建实验台；•实验操作：调整射线源和散射角度，观察散射光的能量变化；•实验结果：散射光的能量变化与散射角度成正比，证明了微观粒子具有粒子性。

四、教学方法1.理论讲授：通过教师讲解，介绍波粒二象性的概念、实质和相关实验；2.实验操作：学生进行双缝干涉和单缝衍射实验，以及光电效应和康普顿散射实验；3.讨论交流：经验操作后，学生与教师进行讨论，分析实验现象，归纳。

五、教学评价1.实验报告：学生撰写实验报告，介绍实验目的、操作步骤和结果分析；2.口头评价：教师针对学生实验操作和理论掌握情况进行口头评价；3.同学互评：学生进行同学互评，评价对方的实验报告和理论掌握情况。

高三物理选修3-5第十七章波粒二象性第二节光的粒子性导学案设计

高三物理选修3-5第十七章波粒二象性第二节光的粒子性导学案【教学目标】1．了解光电效应及其实验规律，感受以实验为基础的科学研究方法。

2．知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，感受科学家在面对科学疑难时的创新精神。

3．了解康普顿效应及其意义。

【教学重点】光电效应的实验规律。

【教学难点】爱因斯坦光电效应方程以及意义。

【自主学习】知识点一：光电效应的实验规律1．演示实验：把一块锌板连接在验电器上，并使锌板带负电，验电器指针张开。

用紫外线灯照射锌板如图所示，观察验电器指针的变化。

2．当光线照射在金属表面时，能使金属中的电子从表面逸出。

这个现象称为，逸出的电子称为。

3．可以用如图所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强弱、光的颜色（频率）等物理量间的关系。

阴极K和阳极A是密封在真空玻璃管中的两个电极，K在受到光照时能够发射光电子。

K与A之间电压的大小可以调整，电源的正负极也可以对调。

电源按图示极性连接时，阳极A吸收阴极K发出的光电子，在电路中形成光电流。

4．存在着饱和电流（1）在光照条件不变的情况下，随着所加电压的增大，光电流趋于一个饱和值。

也就是说，在电流较小时电流随着电压的增大而增大；但当电流增大到一定值之后，即使电压再增大，电流也不会增大了，如图所示。

（2）这说明，在一定的光照条件下，单位时间内阴极K发出的光电子的数目是一定的，电压增加到一定值时所有光电子都被阳极A吸收，这时即使再增大电压，电流也不会增大。

（3）实验表明，在光的颜色不变的情况下，入射光越强，饱和电流越大。

这表明对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多。

5．存在着遏止电压和截止频率（1）当所加电压U为0时，电流I并不为0。

只有施加反向电压，也就是阴极接电源正极，阳极接电源负极，在光电管两级间形成使电子减速的电场，电流才有可能为0。

使光电流减小到0的反向电压Uc称为。

遏止电压的存在意味着光电子具有一定的初速度，初速度的上限vc应该满足关系为m e v c2=eU c（2）实验表明，对于一定颜色（频率）的光，无论光的强弱如何，遏止电压都是一样的。

高中物理第17章波粒二象性 4 概率波 5 不确定性关系教案新人教版选修3-5-新人教版高中选

4概率波5不确定性关系[学习目标] 1.了解经典的粒子和经典的波的基本特征．(重点)2.了解并掌握光和物质波都是概率波．(重点)3.知道不确定性关系的具体含义．(重点、难点)一、概率波1．经典的粒子和经典的波(1)经典的粒子①含义：粒子有一定的空间大小，有一定的质量，有的还带有电荷．②运动的基本特征：遵从牛顿运动定律，任意时刻有确定的位置和速度，在时空中有确定的轨道．(2)经典的波①含义：在空间是弥散开来的．②特征：具有频率和波长，即具有时空的周期性．2．概率波(1)光波是一种概率波：光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，而是光子自身固定的性质，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以，光波是一种概率波．(2)物质波也是概率波：对于电子和其他微观粒子，单个粒子的位置是不确定的，但在某点附近出现的概率的大小可以由波动的规律确定．对于大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果，所以物质波也是概率波．二、不确定性关系1．定义在经典物理学中，一个质点的位置和动量是可以同时测定的；在微观物理学中，要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的，这种关系叫不确定性关系．2．表达式ΔxΔp≥h4π.其中Δx表示粒子位置的不确定量，用Δp表示在x方向上动量的不确定量，h是普朗克常量．3．物理模型与物理现象在经典物理学中，对于宏观对象，我们分别建立粒子模型和波动模型；在微观世界里，也需要建立物理模型，像粒子的波粒二象性模型．1．思考判断(正确的打“√〞，错误的打“×〞)(1)经典粒子的运动适用牛顿第二定律．(√)(2)光子通过狭缝后落在屏上明纹处的概率大些．(√)(3)电子通过狭缝后运动的轨迹是确定的．(×)(4)经典的粒子可以同时确定位置和动量．(√)(5)对于微观粒子，不可能同时准确地知道其位置和动量．(√)2．(多项选择)根据不确定性关系ΔxΔp≥h4π，判断以下说法正确的选项是( ) A．采取办法提高测量Δx精度时，Δp的精度下降B．采取办法提高测量Δx精度时，Δp的精度上升C．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备有关D．Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关[解析]不确定性关系说明，无论采用什么方法试图确定坐标和相应动量中的一个，必然引起另一个较大的不确定性，这样的结果与测量仪器及测量方法是否完备无关，无论怎样改善测量仪器和测量方法，都不可能逾越不确定性关系所给出的限度．故A、D正确．[答案]AD3．(多项选择)以下说法正确的选项是( )A．概率波就是机械波B．物质波是一种概率波C．概率波和机械波的本质是一样的，都能发生干涉和衍射现象D．在光的双缝干涉实验中，假设有一个光子，那么无法确定这个光子落在哪个点上[解析]机械波是振动在介质中的传播，而概率波是粒子所到达区域的几率大小可以通过波动的规律来确定．故其本质不同．A、C错，B对；由于光是一种概率波，光子落在哪个点上不能确定．D对．[答案]BD对概率波的进一步理解1．单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能确定落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是不确定的．2．大量粒子运动的必然性：由波动规律，我们可以准确地知道大量粒子运动的统计规律，因此我们可以对宏观现象进行预言．3．概率波表达了波粒二象性的和谐统一：概率波的主体是光子和实物粒子，表达了粒子性的一面；同时粒子在某一位置出现的概率受波动规律的支配，表达了波动性的一面．所以说，概率波将波动性和粒子性统一在一起．4．物质波也是概率波对于电子、实物粒子等其他微观粒子，同样具有波粒二象性，所以与它们相联系的物质波也是概率波．也就是说，单个粒子位置是不确定的，具有偶然性；大量粒子运动具有必然性，遵循统计规律．[例1] (多项选择)在单缝衍射实验中，中央亮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缝，那么该光子( )A．一定落在中央亮纹处B．一定落在亮纹处C．可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大[解析]光是概率波，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纹处，可达95%以上，当然也可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故CD正确，AB错误．[答案]CD1．(多项选择)关于物质波的认识，正确的选项是( )A．任何运动的物体都伴随一种波，这种波叫物质波B．物质波也是一种概率波C．任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波D．物质波就是光波[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正确；只有运动的物质才有物质波与它对应，故C错误；物质波与光波一样，也是一种概率波，即粒子在各点出现的概率遵循波动规律，但物质波不是光波，故B正确，D错误．[答案]AB对不确定性关系的理解1挡板另一侧的任何位置，也就是说，粒子在挡板另一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随机的，所以粒子在垂直入射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．位置和动量的不确定性关系：ΔxΔp≥h4π.由ΔxΔp≥h4π可以知道，在微观领域，要准确地确定粒子的位置，动量的不确定性就更大；反之，要准确地确定粒子的动量，那么位置的不确定性就更大．4．微观粒子的运动没有特定的轨道：由不确定关系ΔxΔp≥h4π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．[例2] (多项选择)关于不确定性关系ΔxΔp≥h4π有以下几种理解，其中正确的选项是( )A．微观粒子的动量不可能确定B．微观粒子的坐标不可能确定C．微观粒子的动量和坐标不可能同时确定D．不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子，也适用于其他宏观粒子[解析]不确定性关系ΔxΔp≥h4π表示确定位置、动量的精度互相制约，此长彼消，当粒子位置不确定性变小时，粒子动量的不确定性变大；当粒子位置不确定性变大时，粒子动量的不确定性变小．故不能同时准确确定粒子的动量和坐标．不确定性关系也适用于其他宏观粒子，不过这些不确定量微乎其微，故CD正确．[答案]CD2．(多项选择)由不确定性关系可以得出的结论是( )A．如果动量的不确定X围越小，那么与它对应坐标的不确定X围就越大B．如果位置坐标的不确定X围越小，那么动量的不确定X围就越大C．动量的不确定X围和位置坐标的不确定X围之间的关系不是反比例函数D．动量的不确定X围和位置坐标的不确定X围之间有唯一确定的关系[解析]由不确定性关系式ΔxΔp≥h4π可知，如果动量的不确定X围越小，那么与它对应的位置不确定X围就越大，选项A正确．同理如果位置坐标的不确定X围越小，那么动量的不确定X围就越大，选项B正确．由于ΔxΔp≥h4π，所以动量的不确定X围和位置的不确定X围之间的关系不是反比例函数，选项C正确，D错误．[答案]ABC1.经典的粒子具有一定的质量，占有一定的空间；经典的波具有时空周期性.2.光波是概率波，物质波也是概率波.3.经典力学中，质点的位置和动量可以同时测定，量子力学中，微观粒子的位置和动量具有不确定性，表达式为：ΔxΔp≥h4π.1．以下对光的波粒二象性的说法正确的选项是( )A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同一种粒子，光波与机械波是同样一种波C．光的波动性是由光子间的相互作用形成的D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定波动说，在光子的能量ε＝hν中，频率ν表示的仍是波的特性[解析]根据光的波粒二象性，光同时具有波动性和粒子性，A错误．光不同于宏观观念的粒子和波，B错误．光的波动性是光本身固有的性质，不是光子之间相互作用引起的，C 错误．光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是反映波动特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系，光子说并未否定波动说，D正确．[答案] D2．(多项选择)在验证光的波粒二象性的实验中，以下说法正确的选项是( )A．使光子一个一个地通过单缝，如果时间足够长，底片上会出现衍射图样B．单个光子通过单缝后，底片上会出现完整的衍射图样C．光子通过单缝的运动路线像水波一样起伏D．单个光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出随机性，大量光子通过单缝后打在底片上的情况呈现出规律性[解析]根据光的波粒二象性知，AD正确，BC错误．[答案]AD3．(多项选择)从衍射的规律可以知道，狭缝越窄，屏上中央亮条纹就越宽，由不确定性关系式ΔxΔp≥h4π判断，那么以下说法正确的选项是( )A．入射的粒子有确定的动量，射到屏上的粒子就有准确的位置B．狭缝的宽度变小了，因此粒子的不确定性也变小了C．更窄的狭缝可以更准确地测得粒子的位置，但粒子动量的不确定性却更大了D．微观粒子的动量和位置不可能同时确定[解析]不确定性原理说明，粒子的位置与动量不可同时被确定，故A错误，D正确；位置的不确定性与动量的不确定性遵守不等式ΔxΔp≥h4π，Δx与Δp测量精度与测量仪器及测量方法是否完备无关，故B错误；更窄的狭缝可以更准确地测得粒子的位置，但粒子动量的不确定性却更大了，故C正确．[答案]CD4．(多项选择)以下对物理模型与物理现象的关系理解正确的选项是( )A．物理模型应与日常经验相吻合，并能解释物理现象B．物理模型可以与日常经验相悖，但应与实验结果一致C．物理模型不能十分古怪，让人难以理解D．只要物理模型与实验结果一致，它在一定X围内就能正确代表研究的对象[解析]建立物理模型的目的是能解释物理现象，与实验结果符合，而不是符合人的日常经验，BD正确，AC错误．[答案]BD。

人教版高中物理选修3-5第十七章波粒二象性(自主学习学案)

第十七章波粒二象性第一、二节黑体辐射、光电效应课前自主学习（学案）一、请学生自主复习教材第十七章第一、二节P26-P36。

二、结合复习的内容思考如下问题：1．什么叫黑体（绝对黑体）？2．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与什么因素有关？3．什么是光电效应现象？光电效应现象的实验规律有哪些？4．如何解释光电效应的实验规律？三、自主解答几道题目1．关于黑体和热辐射，下列说法中正确的是（）A．黑体不辐射可见光B．一切物体都在向外辐射电磁波C．黑体不能反射可见光D．黑体在吸收电磁波的同时不向外辐射电磁波2．在光电效应实验中，如果需要增大光电子到达阳极时的速度，可采用的方法是（）A．增加光照时间B．增大入射光的波长C．增大入射光的强度D．增大入射光频率3．关于光电效应，有如下几种陈述，其中正确的是（）A．金属电子的逸出功与人射光的频率成正比B．光电流与入射光的强度无关C．用不可见光照射金属一定比用可见光照射同种金属产生的光电子的初动能要大D．对于任何一种金属都存在一个截止频率，入射光的频率必须大于这个频率，才能产生光电效应4．下表给出了一些金属材料的逸出功。

材料铯钙镁铍钛逸出功(10－19J) 3.0 4.3 5.9 6.2 6.6现用波长为400 nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种（）(普朗克常量h = 6.6×10－34J·S，光速c = 3.00×108m／s)A．2种 B ．3种C．4种D．5种参考答案：1.B 2.D 3.AD 4.A课堂主体参与（教案）【学习目标】1．了解黑体和黑体辐射，体会量子论的建立深化了人们对物体世界的认识2．知道光电效应，通过实验了解光电效应实验规律，了解爱因斯坦光子说，并能够用它来解释光电效应实验规律，知道爱因斯坦光电效应方程及其意义，并能利用它解决一些问题重点难点。

3．了解康普顿效应，知道康普顿效应说明光具有粒子性。

高中物理第十七章波粒二象性导学案新人教版选修3_5

第十七章波粒二象性一、光子能量的计算1．一个光子的能量ε＝hν，其中h是普朗克常量，ν是光的频率．2．一束光的能量E＝nhν，n为光子数目．3．频率与波长的关系：ν＝cλ.例1激光器是一个特殊的光源，它发出的光便是激光，红宝石激光器发射的激光是不连续的一道一道的闪光，每道闪光称为一个光脉冲，现有一红宝石激光器，发射功率为1.0×1010 W，所发射的每个光脉冲持续的时间Δt为1.0×10－11 s，波长为 793.4 nm.问每列光脉冲的长度l是多少？其中含有的光子数n是多少？解析以Δt、l和c分别表示光脉冲的持续时间、长度和光在真空中的传播速度，由题意可知l＝cΔt①以P和E表示红宝石激光器发射的功率和一列光脉冲的能量，则有：E＝PΔt②以λ和ν表示红宝石激光器激光的波长和频率，则有ν＝cλ，因此就得到每个光子的能量hν＝hcλ③由②③式就得到该列光脉冲含有的光子数n ＝E h ν＝λP Δt hc④ 将数据代入①④式，就得到该列光脉冲的长度、含有的光子数分别为l ＝3×10－3m ＝3 mm 、n ＝4.0×1017个．答案 3 mm 4.0×1017个二、光电效应的规律和光电效应方程1．光电效应的实验规律(1)任何一种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须高于这个极限频率，才能发生光电效应．低于极限频率时，无论光照强度多强，都不会发生光电效应．(2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大．(3)入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10－9s.(4)当入射光的频率高于极限频率时，单位时间内从金属表面逸出的光电子数目与入射光的强度成正比．2．爱因斯坦光电效应方程E k ＝h ν－W 0. W 0表示金属的逸出功，νc 表示金属的极限频率，则W 0＝h νc .例2 用波长为2.0×10－7 m 的紫外线照射钨的表面，释放出来的光电子中最大的动能是4.7×10－19 J ．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s，光速c ＝3.0×108 m/s)( ) A ．5.5×1014 Hz B ．7.9×1014 HzC ．9.8×1014 HzD ．1.2×1015 Hz解析由爱因斯坦光电效应方程得h c λ＝E k ＋W 0，而金属的逸出功W 0＝h νc ，由以上两式得，钨的极限频率为：νc ＝c λ－E k h≈7.9×1014Hz ，B 项正确．答案 B三、波粒二象性的理解1．光的波粒二象性(1)光的干涉、衍射、偏振说明光具有波动性，光电效应现象、康普顿效应则证明光具有粒子性，因此，光具有波粒二象性，对于光子这样的微观粒子只有从波粒二象性出发，才能统一说明光的各种行为．(2)大量光子产生的效果显示出光的波动性，少数光子产生的效果显示出粒子性，且随着光的频率的增大，波动性越来越不显著，而粒子性却越来越显著． 2．实物粒子(如：电子、质子等)都有一种波与之对应(物质波的波长λ＝h p ，频率ν＝εh)．3．物质波与光波一样都属于概率波．概率波的实质：是指粒子在空间分布的概率是受波动规律支配的．例3关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是( )A．波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性B．光波频率越高，粒子性越明显C．能量越大的光子其波动性越显著D．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性解析光的波粒二象性指光有时候表现的粒子性较明显，有时候表现出的波动性较明显，或者说在某种场合下光的粒子性表现明显，在另外某种场合下光的波动性表现明显；个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性，A、D正确．光的频率越高，能量越大，粒子性相对波动性越明显，B正确，C错误．答案 C1．(光子能量的计算)能引起人的眼睛视觉效应的最小能量为10－18 J，已知可见光的平均波长约为0.6 μm，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，则进入人眼的能量子数至少为( )A．1个 B．3个 C．30个 D．300个答案 B解析可见光的平均频率ν＝cλ，能量子的平均能量为ε＝hν，引起视觉效应时E＝nε，联立可得n≈3，B正确．2．(光电效应规律及应用)100多年前的1905年是爱因斯坦的“奇迹”之年，这一年他先后发表了三篇具有划时代意义的论文，成功地解释了光电效应现象．关于光电效应，下列说法正确的是( ) A．当入射光的频率低于极限频率时，不能发生光电效应B．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比C．光电子的最大初动能与入射光的强度成正比D．某单色光照射一金属时不发生光电效应，改用波长较短的光照射该金属可能发生光电效应答案AD解析根据光电效应现象的实验规律，只有入射光频率大于极限频率时才能发生光电效应，故A、D 正确．根据光电效应方程，最大初动能与入射光频率为线性关系，但非正比关系，B错．根据光电效应现象的实验规律，光电子的最大初动能与入射光强度无关，C错．3．(光电效应的规律及应用)已知金属锌发生光电效应时产生的光电子的最大初动能E k跟入射光的频率ν的关系图象如图1中的直线1所示．某种单色光照射到金属锌的表面时，产生的光电子的最大初动能为E1.若该单色光照射到另一金属表面时产生的光电子的最大初动能为E2，E2<E1，关于这种金属的最大初动能E k跟入射光的频率ν的关系图象应是图中的( )图1A．a B．bC．c D．上述三条图线都不正确答案 A解析根据光电效应方程知，E k－ν为一次函数，普朗克常量h是斜率，h是确定的值，虽然金属的逸出功不同，但两个E k－ν图象的斜率相同，两个直线平行，同时再利用E k＝hν－W0，结合图象E2<E1，hν相同，所以W1<W2，即直线在纵轴上的截距W2大，故选A.4．(波粒二象性的理解)人类对光的本性的认识经历了曲折的过程，下列关于光的本性的陈述不符合科学规律或历史事实的是( )A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波D．光具有波粒二象性答案 A解析牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，显然A错；干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，B正确；麦克斯韦根据光的传播不需要介质，以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，C正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，D正确．5．(波粒二象性的理解)在众人关注的男子110米栏决赛中，雅典奥运冠军刘翔以12秒91的成绩第一个冲过终点．设刘翔的质量约为74 kg，计算他在110米栏决赛中的德布罗意波长．答案 1.05×10－36 m解析由德布罗意波长公式知，λ＝h p ＝h mv ＝6.63×10－3474×11012.91 m≈1.05×10－36m.。

选修3-5 教案第十七章波粒二象性

第十七章波粒二象性17．1 能量量子化：物理学的新纪元★新课标要求（一）知识与技能1．了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射2．了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系3．了解能量子的概念（二）过程与方法了解微观世界中的量子化现象。

比较宏观物体和微观粒子的能量变化特点。

体会量子论的建立深化了人们对于物质世界的认识。

（三）情感、态度与价值观领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

★教学重点：能量子的概念★教学难点：黑体辐射的实验规律★教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。

★教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备★课时安排：1 课时★教学过程（一）引入新课教师：介绍能量量子化发现的背景：（多媒体投影）19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。

在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。

另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。

当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。

他们认为物理学已经发展到头了。

1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，著名物理学家开尔文作了展望新世纪的发言：“科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。

”也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：“但是，在物理学晴朗天空的远处，还有两朵令人不安的乌云，----”这两朵乌云是指什么呢？一朵与黑体辐射有关，另一朵与迈克尔逊实验有关。

然而，事隔不到一年（1900年底），就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着（1905年）从第二朵乌云中降生了相对论。

高三物理人教版选修3-5 第十七章波粒二象性第1节能量量子化导学案设计

高三物理选修3-5第十七章波粒二象性第一节能量量子化导学案【教学目标】1．了解什么黑体辐射，感悟以实验为基础的科学探究方法。

2．了解能量子的概念及提出的科学过程，领会这一科学突破过程中科学家的思想。

3．通过观察热辐射的强度与波长的关系图像培养学生的观察能力。

4．了解宏观物体和微观粒子的能量变化特点，体会量子论的建立深化了人们对于物理世界的认识。

【教学重点】黑体辐射能量在不同温度下与波长的关系【教学难点】理解能量量子化的假说【自主学习】知识点一：黑体与黑体辐射1．热辐射：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的_____有关，叫做热辐射。

（1）任何物体任何温度均存在热辐射，当温度升高时，热辐射中较短波长的成分越来越强，发射的能量逐渐增加。

例如：铁块在随温度升高时，从看不出发光到暗红、赤红、橘红到橙色等颜色直到黄白色。

从视觉上看低温物体发出的是红外光，炽热物体发出的是可见光，高温物体发出的是紫外光。

无论是高温物体还是低温物体，都有热辐射，所辐射的能量及其按波长的分布都随温度而变化。

（2）热辐射是热能转化为电磁能的过程。

大量带电粒子的无规则热运动引起的。

物体中每个分子、原子或离子都在各自平衡位置附近以各种不同频率作无规则的微振动，每个带电微粒的振动都会产生变化的电磁场，从而向外辐射各种波长的电磁波，形成连续的电磁波谱。

（3）注意：激光、日光灯发光不是热辐射2．黑体：如果某种物体在任何温度下都能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。

（1）实际上黑体只是一种理想的情况，在实验室中，可在绕有电热丝的空腔上开一个小孔来实现，如图所示。

（2）黑体看上去不一定是黑色的，只有当自身辐射的可见光非常微弱时看上去才是这样；有些可看作黑体的物体由于有较强的辐射，看起来还会很明亮，如炼钢炉口上的小孔。

一些发光的物体（如太阳、白炽灯灯丝）也被当作黑体来处理。

（3）一般材料物体的辐射规律：辐射电磁波的情况除与_______有关外，还与材料的种类和表面状况有关。

人教版高二物理选修3-5第十七章波粒二象性第三节粒子的波动性学案学生版

第十七章波粒二象性第三节粒子的波动性学案班别姓名学号一、自主预习（一）光的波粒二象性1．2．光子的能量和动量：能量表达式ε=________，动量表达式______________。

3．意义：能量ε和动量p 是描述物质的____________性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的________性的典型物理量。

因此ε=___________和___________揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系。

（二）粒子的波动性及实验验证1．粒子的波动性（１）德布罗意波：任何一种实物粒子都和一个________相对应，这种波被称为德布罗意波，也叫___________。

（2）物质波的波长和频率：波长公式λ=h p ，频率公式 ν=h ε。

2．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年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了________衍射的实验，得到了______的衍射图样，证实了______的波动性。

（3）说明：①人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的_________，对于这些粒子，德布罗意给出的λ=hp和 ν=hε关系同样正确。

②宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多，宏观物体运动时的动量很大，对应的德布罗意波的波长很______，根本无法观察到它的波动性。

二、课堂突破（一）人类对光的本性的研究 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20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A ．光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的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，个别光子只具有粒子性D ．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只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（二）对物质波的理解德布罗意认为任何运动着的物体均有波动性，可是我们观察运动着的汽车，并未感觉到它的波动性。

人教版高二物理选修3-5第十七章波粒二象性第四节概率波学案教师版

第十七章波粒二象性第四节概率波教案班别姓名学号一、自主预习（一）经典的粒子和经典的波1．经典粒子：（1）含义：粒子有必定的 ___________，拥有必定的 ________，有的还带有 ________。

（ 2）运动的基本特色：遵照 ________，随意时辰有确立的地点和________，在时空中有确立的________。

2．经典的波：（1）含义：在空间是 ________的。

（2）特色：拥有 ________和 ________，即拥有时空的 ________。

（二）概率波1．光波是一种概率波：光的颠簸性不是光子之间的________的结果，光子自己的颠簸性是它________的性质。

光子在空间出现的概率能够经过________的规律来确立，所以，从光子的观点上看，光波是一种________。

2．物质波也是概率波：对于电子和其余微观粒子，单个粒子的地点是________的，可是在某点邻近出现的 ________能够由颠簸的规律确立。

对于大批粒子，这类概率散布致使确立的宏观结果，所以物质波也是_______。

空间大小质量电荷牛顿运动定律速度轨道弥散开来频次波长周期性互相作用固有颠簸概率波不确立概率的大小概率波二、讲堂打破对概率波的进一步理解1．单个粒子运动的有时性：我们能够知道粒子落在某点的概率，但不可以确立落在什么地点，即粒子到达什么地点是随机的，是早先不确立的。

2．大批粒子运动的必定性：由颠簸规律，我们能够正确地知道大批粒子运动的统计规律，所以我们可以对宏观现象进行预知。

3．概率波表现了波粒二象性的和睦一致：概率波的主体是光子和实物粒子，表现了粒子性的一面；同时粒子在某一地点出现的概率受颠簸规律的支配，表现了颠簸性的一面。

所以说，概率波将颠簸性和粒子性一致在一同。

4．物质波也是概率波对于电子、实物粒子等其余微观粒子，相同拥有波粒二象性，所以与它们相联系的物质波也是概率波。

也就是说，单个粒子地点是不确立的，拥有有时性；大批粒子运动拥有必定性，按照统计规律。

新人教版学案：高中第十七章波粒二象性3粒子的波动性学案选修3-5(物理)

一、光的波粒二象性 1．光的本性光能够发生干涉、衍射现象，说明光具有波动性；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．2．光子的能量和动量能量表达式：ε＝hν，动量表达式：p ＝h λ.3．h 的意义能量和动量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，表达式中左边是粒子性、右边是波动性，是h 起了重要作用，架起了波动性和粒子性的桥梁．光具有波动性是否说明光就是我们宏观意义上的波？提示：不是．光具有粒子性，也具有波动性，所以我们说光具有波粒二象性，这里的粒子不是我们平时所说的粒子，同样这里的波也不是我们宏观意义上的波．二、粒子的波动性 1．物质的分类物理学中把物质分为两类，一类是分子、原子、电子、质子及由这些粒子组成的物质；另一类是场，像电场、磁场、电磁场这种看不见的，不是由实物粒子组成的，而是一种客观存在的特殊物质．2．德布罗意波任何一种实物粒子都和一个波相对应，这种波被称为德布罗意波，也叫物质波．3．物质波的波长和频率波长公式：λ＝hp，频率公式：ν＝εh.三、物质波的实验验证宏观物体的德布罗意波波长太小，很难观察到它们的波动性．微观粒子则不同，可找到与其波长差不多的障碍物或孔．如1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束演示实验，得到了明显的衍射图样，从而证实了电子的波动性．德布罗意认为任何运动着的物体均有波动性，可是我们观察运动着的汽车(如图所示)，并未感到它的波动性．你如何理解该问题？请与同学交流自己的看法．提示：一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大、动量大、波长短，难以观测．考点一光的波粒二象性1．对光的本性认识的几个阶段学说名称微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性代表人物牛顿惠更斯麦克斯韦爱因斯坦公认实验光的直线光的干能在真空中光电效应、光既有波二象性(1)光子说并没有否定波动性，E＝hν中，ν表示光的频率，表示了波的特征．光既具有波动性，又具有粒子性，波动性和粒子性都是光的本身属性，只是在不同条件下的表现不同．(2)只有用波粒二象性，才能统一说明光的各种行为.【例1】关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是( )A．波粒二象性指光有时表现为波动性较明显，有时表现为粒子性较明显B．光波频率越高，粒子性越明显C．能量越大的光子，其波动性越显著D．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性结合波粒二象性的相关理论进行判断即可．【答案】C【解析】波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显，有时候表现出的波动性较明显；个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性，A、D说法正确．光的频率越高，能量越高，粒子性相对波动性越明显，B说法正确，C说法错误．总结提能本题主要考查对波粒二象性的相关概念的理解，属于较简单的题目，我们通过对教材的熟悉就可以掌握相关概念．有关光的本性，下列说法正确的是( D )A．光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的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，个别光子只具有粒子性D．由于光既具有波动性，又有粒子性，无法只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．考点二物质波的理解和有关计算1．物质的分类：物理学中把物质分为两类，一类是分子、原子、电子、质子及由这些粒子组成的物质；另一类是场，像电场、磁场、电磁场这种看不见的，不是由实物粒子组成的，而是一种客观存在的特殊物质．2．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．3．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，不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波．4．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．5．对于光，先有波动性(即ν和λ)，再在量子理论中引入光子的能量ε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ε和p)，再引入德布罗意波(即ν和λ)的概念来补充它的波动性．不过要注意这里所谓波动性和粒子性，仍然都是经典物理学的概念，所谓补充仅是形式上的．综上所述，德布罗意的推想基本上是爱因斯坦1905年关于光子的波粒二象性理论(光粒子由波伴随着)的一种推广，使之包括了所有的物质微观粒子．【例2】武汉综合新闻网2010年8月21日报道：近日，一种发源于南亚没有抗生素可以抵御的“超级细菌”成为社会关注的热点．假若一个细菌在培养器皿中的移动速度为3.5 μm/s，其德布罗意波长为1.9×10－19 m ，试求该细菌的质量．【答案】 1.0×10－9 kg【解析】由公式λ＝hp得该细菌的质量为m ＝p v ＝h vλ＝ 6.626×10－343.5×10－6×1.9×10－19kg＝1.0×10－9 kg.德布罗意认为，任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，波长是λ＝hp，式中p 是运动物体的动量，h 是普朗克常量．已知某种紫光的波长是440 nm ，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的1104.求：(1)电子的动量大小；(2)试推导加速电压跟德布罗意波长的关系，并计算加速电压的大小(电子质量m ＝9.1×10－31 kg ，电子电荷量e ＝1.6×10－19 C ，普朗克常量h ＝6.6×10－34 J·s，加速电压的计算结果取1位有效数字)．答案：(1)1.5×10－23 kg·m/s (2)U ＝h 22emλ2 8×102 V 解析：(1)由λ＝hp得电子的动量大小p ＝h λ＝ 6.6×10－34440×10－9×10－4kg·m/s＝1.5×10－23 kg·m/s(2)设加速电压为U ，由动能定理得eU ＝12mv 2而12mv 2＝p 22m ，所以U ＝p 22em ＝h 22emλ2 代入数据得加速电压的大小U ＝8×102 V重难疑点辨析对牛顿“微粒说”与爱因斯坦“光子说”的区分光的本性的探究过程是人类对物理现象及物理规律不断认识、提高、再认识、再提高的反复过程，经历了肯定、否定、否定之否定的循环，科学家们利用他们的聪明智慧和不断探究，经历了激烈的大论战，历时数千年，终于形成今天对光的比较深刻的认识．我们在学习过程中既要熟记重要的物理学史，又要学习科学家们勇于探索、追求真理的精神．【典例】 (多选)人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是( )A ．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B ．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C ．麦克斯韦预言了光是一种电磁波D ．光具有波粒二象性【解析】牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，显然A 错．干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，B 正确．麦克斯韦根据光的传播不需要介质，以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，C 正确．光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，D 正确．【答案】 BCD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．1．下列说法中正确的是( C )A．物质波属于机械波B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性C．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D．宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性解析：任何一个运动的物体都具有波动性，但因为宏观物体的德布罗意波波长很短，所以很难看到它的衍射和干涉现象，所以C项对，B、D项错．物质波不同于宏观意义上的波，故A项错．2．(多选)表中列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波长和频率为1 MHz的无线电波的波长，根据表中数据可知( ABC )质量/kg速度/m·s－1波长/m弹子球 2.0×10－2 1.0×10－2 3.3×10－30电子(100 eV)9.1×10－31 5.0×106 1.2×10－10无线电波(1 MHz)— 3.0×108 3.0×102B．无线电波通常只能表现出波动性C．电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性D．只有可见光才有波粒二象性解析：弹子球的波长太小，所以检测其波动性几乎不可能，A正确；无线电波波长较长，所以通常表现为波动性，B正确；电子波长与金属晶体尺度相近，所以能利用金属晶体观察电子的波动性，C正确；由物质波理论知，D错误．3．2002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λ，h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，以E 和p 分别表示X 射线每个光子的能量和动量，则( D )A ．E ＝hλc，p ＝0 B ．E ＝hλc，p ＝hλc 2C ．E ＝hc λ，p ＝0 D ．E ＝hc λ，p ＝h λ解析：根据E ＝hν，且λ＝h p，c ＝λν可得X 射线每个光子的能量为E ＝hc λ，每个光子的动量为p ＝h λ.4．紫外线光子的动量为hνc.一个静止的O 3吸收了一个紫外线光子后( B )A ．仍然静止B ．沿着光子原来运动的方向运动C ．沿与光子运动方向相反的方向运动D ．可能向任何方向运动解析：由动量守恒定律知，吸收了紫外线光子的O 3分子与光子原来运动方向相同．故正确选项为B. 5．(多选)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，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样，如图所示．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( AB )A ．该实验说明了电子具有波动性B ．实验中电子束的德布罗意波的波长为λ＝h2meUC ．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解析：得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，故A项正确；由德布罗意波波长公式λ＝hp，而动量p＝2mE k＝2meU，所以λ＝h2meU，B项正确；从公式λ＝h2meU可知，加速电压越大，电子波长越小，衍射现象就越不明显；用相同动能的质子替代电子，质子的波长变小，衍射现象相比电子不明显，故C、D项错误．。

人教版高二物理选修3-5第十七章波粒二象性第一节能量量子化学案学生版-精选教育文档

第十七章波粒二象性第一节能量量子化学案班别姓名学号一、自主预习1．黑体与黑体辐射（1）热辐射：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的______有关，所以叫做热辐射。

（2）黑体：是指能够______吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。

2．黑体辐射的实验规律（1）一般材料的物体，辐射的电磁波除与温度有关外，还与材料的______及表面状况有关。

（2）黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的______有关。

①随着温度的升高，各种波长的辐射强度都______。

②随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长______的方向移动。

3．能量子（1）定义：普朗克认为，带电微粒辐射或者吸收能量时，只能辐射或吸收某个最小能量值的______。

即能量的辐射或者吸收只能是______的。

这个不可再分的最小能量值ε叫做能量子。

（2）能量子的大小：______，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。

h＝6.63×10–34 J·s。

二、课堂突破【例题】神光“Ⅱ”装置是我国规模最大，国际上为数不多的高功率固体激光系统，利用它可获得能量为2 400 J、波长λ为0.35 μm的紫外激光，已知普朗克常量h=6.63×10–34 J·s，则该紫外激光所含光子数为________个（取两位有效数字）。

三、巩固训练1.下列宏观概念中，是量子化的有（）A．物体的质量B．弹簧振子的能量C．汽车的个数D．卫星绕地球运行的轨道2．普朗克常量是自然界的一种基本常数，它的数值是()A．6.02×10－23 mol B．6.625×10－3 mol·sC．6.626×10－34 J·s D．6.626×10－34 mol·s3．关于对黑体的认识，下列说法正确的是()A．黑体只吸收电磁波，不反射电磁波，看上去是黑的B．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关C．黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与温度有关，与材料的种类及表面状况无关D．如果在一个空腔壁上开一个很小的孔，射入小孔的电磁波在空腔内表面经多次反射和吸收，最终不能从小孔射出，这个空腔就成了一个黑体4．甲、乙两种单色光分别垂直进入一块厚玻璃砖，已知它们通过玻璃砖的时间t甲>t乙，那么，甲、乙两种单色光光子的能量关系是()A．E甲>E乙B．E甲<E乙C．E甲＝E乙D．不能确定5．（多选）黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知()A．随温度升高，各种波长的辐射强度都增大B．随温度降低，各种波长的辐射强度都增大C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动6．已知某种单色光的波长为λ，在真空中光速为c，普朗克常量为h，则电磁波辐射的能量子ε的值为( )A ．h cλ B.hλC. c h λ D ．以上均不正确 7．“约瑟夫森结”由超导体和绝缘体制成．若在结两端加恒定电压U ，则它会辐射频率为ν的电磁波，且ν与U 成正比，即ν＝kU .已知比例系数k 仅与元电荷e 的2倍和普朗克常量h 有关．你可能不了解此现象的机理，但仍可运用物理学中常用的方法，在下列选项中，推理判断比例系数k 的值可能为( ) A.2h e B.2e hC ．2he D.12he 8．氮—氖激光器发出波长为633 nm 的激光，当激光器的输出功率为1 mW 时，每秒发出的光子数为( )A ．2.2×1015B ．3.3×1015C ．2.2×1014D ．3.3×10149．二氧化碳能很好吸收红外长波辐射，这种长波辐射的波长范围约是1.43×10－3～1.6×10－3m ，相应的光子能量的范围是________。

2024-2025学年高中物理第17章波粒二象性4概率波5不确定性关系教案新人教版选修3-5

- 电子教材
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5. 教学手段：
- 探究式教学
- 小组讨论
- 实验演示
- 案例分析
- 互动问答
这些教学资源旨在支持课程内容的深度理解和学生的主动学习，通过多样化手段促进学生对概率波和不确定性关系的掌握。
教学流程
（一）课前准备（预计用时：5分钟）
学生预习：
发放预习材料，引导学生提前了解“概率波”与“不确定性关系”的学习内容，标记出有疑问或不懂的地方。设计预习问题，激发学生思考，为课堂学习相关内容做好准备。
6. 实验验证与理论分析
- 双缝干涉实验与物质波概念的验证
- 不确定性原理在实验测量中的应用
- 量子物理实验对理论预测的验证与挑战
7. 量子物理的实际应用
- 量子力学在原子结构、分子结构研究中的应用
- 量子计算与量子通信的基本原理
- 量子物理对材料科学、生物学等领域的影响
8. 科学研究方法与思维
- 量子物理研究中提出假说、验证假说的方法
2. 学生的学习兴趣、能力和学习风格：高中阶段的学生通常对抽象的概念和理论具有一定的探索欲望，他们对量子物理学这样的前沿科学领域表现出浓厚的兴趣。学生在数学和逻辑推理方面具有一定的能力，能够处理较为复杂的物理公式和概念。在学习风格上，学生倾向于通过实验和实例来直观理解抽象的理论，喜欢通过讨论和问题解决的方式进行学习。
教学内容与学生已有知识的联系在于，学生在前期学习中已经掌握了波动理论和粒子运动的经典图像，并了解了量子世界的初步概念。在此基础上，本节课将引导学生将这些知识综合起来，理解物质波的概率解释，以及不确定性关系对测量的基本限制，从而深化对波粒二象性的认识，并为后续量子力学内容的学习打下坚实的基础。

高中物理3-5第十七章 波粒二象性 学案

2019-2020学年高中物理 第17章 波粒二象性学案新人教版选修3-5【共4套31页】