一、光的波粒二象性1．填一填(1)光的本性之爭①英國物理學(xué)家牛頓認(rèn)為光是一種_____。②荷蘭物理學(xué)家惠更斯認(rèn)為光是一種_____。(2)光的波粒二象性①光既有________，又有_________。②物理學(xué)中把光波看成是一種_________。
2．判一判(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說明光具有波動性。( )(2)光子數(shù)量越大，其粒子性越明顯。( )(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏觀觀念的粒子。( )3．想一想光的波動性與粒子性跟光波頻率高低、波長的長短有怎樣的關(guān)系？提示：光波頻率越低，波長越長，光的波動性越明顯；光波頻率越高，波長越短，光的粒子性越明顯。
2．判一判(1)電子不但具有粒子性也具有波動性。( )(2)物質(zhì)波的波長由粒子的大小決定。( )(3)物質(zhì)波的波長和粒子運(yùn)動的動量有關(guān)。( )3．想一想每一個運(yùn)動的物體都有一個對應(yīng)的波，為什么觀察不到一粒飛行著的子彈的波動性？提示：宏觀物體在運(yùn)動時，我們觀察不到它們的波動性，但也有一個波與之對應(yīng)，只是對應(yīng)飛行的子彈的波的波長太小了，所以觀察不到子彈的波動性，但一粒飛行著的子彈的波動性還是存在的。
3．想一想在微觀物理學(xué)中，我們不可能同時準(zhǔn)確地知道某個粒子的位置和動量，那么粒子出現(xiàn)的位置是否就是無規(guī)律可循的？提示：粒子出現(xiàn)的位置還是有規(guī)律可循的，那就是統(tǒng)計規(guī)律，比如干涉、衍射的亮斑位置就是粒子出現(xiàn)概率大的位置。
探究(一)　　光的波粒二象性[問題驅(qū)動] 如圖所示是對光的本質(zhì)進(jìn)行研究的兩個實驗。兩幅圖分別是光什么性質(zhì)的代表？說明了什么問題？提示：甲圖是光電效應(yīng)演示實驗示意圖，它是光的粒子性的代表；乙圖是光的干涉實驗示意圖，它是光的波動性的代表。兩個實驗說明光具有波粒二象性?！　　　?
[重難釋解]1．光的粒子性的含義愛因斯坦光子說中的“粒子”與牛頓微粒說中的“粒子”是完全不同的概念。光子是一份一份的具有能量的粒子，其能量與光的頻率有關(guān)，光子說并不否定波動說。(1)當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)。(2)少量或個別光子易顯示出光的粒子性。(3)頻率高、波長短的光，粒子性特征顯著。
2．光的波動性的含義光的波動性是光子本身的一種屬性，它不同于宏觀的波，它是一種概率波。(1)足夠能量的光(大量光子)在傳播時，表現(xiàn)出波的性質(zhì)。(2)頻率低、波長長的光，波動性特征顯著。3．光的波動性和粒子性是統(tǒng)一的，光具有波粒二象性(1)光的粒子性并不否定光的波動性，波動性和粒子性都是光的本質(zhì)屬性，只是在不同條件下的表現(xiàn)不同。(2)只有從波粒二象性的角度，才能統(tǒng)一說明光的各種表現(xiàn)，光的波動性和粒子性是統(tǒng)一的。
典例1　關(guān)于光的波粒二象性，下列說法正確的是(　　)A．光的頻率越高，衍射現(xiàn)象越容易看到B．光的頻率越低，粒子性越顯著C．大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示波動性D．光的波粒二象性否定了光的電磁說[解析]　光具有波粒二象性，波粒二象性并不否定光的電磁說，只是說某些情況下粒子性明顯，某些情況下波動性明顯，故D錯誤。光的頻率越高，波長越短，粒子性越明顯，波動性越不明顯，越不易看到其衍射現(xiàn)象，故A、B錯誤。大量光子的行為表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性，故C正確。[答案]　C
[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．(多選)人類對光的本性的認(rèn)識經(jīng)歷了曲折的過程。下列關(guān)于光的本性的陳述符合科學(xué)規(guī)律或歷史事實的是 (　　)A．牛頓的“微粒說”與愛因斯坦的“光子說”本質(zhì)上是一樣的B．光的雙縫干涉實驗顯示了光具有波動性C．麥克斯韋預(yù)言了光是一種電磁波D．光具有波粒二象性解析：牛頓的“微粒說”認(rèn)為光是一種物質(zhì)微粒，愛因斯坦的“光子說”認(rèn)為光是一份一份不連續(xù)的能量，選項A錯誤；干涉、衍射是波的特性，光能發(fā)生干涉說明光具有波動性，選項B正確；麥克斯韋根據(jù)光的傳播不需要介質(zhì)，以及電磁波在真空中的傳播速度與光速近似相等從而認(rèn)為光是一種電磁波，后來赫茲用實驗證實了光的電磁說，選項C正確；光具有波動性與粒子性，稱為光的波粒二象性，選項D正確。
2．(多選)在驗證光的波粒二象性實驗中，下列說法正確的是(　　)A．使光子一個一個地通過狹縫，如果時間足夠長，底片上將出現(xiàn)衍射圖樣B．單個光子通過狹縫后，底片上會出現(xiàn)完整的衍射圖樣C．光子通過狹縫的路線是直線D．光的波動性是大量光子的運(yùn)動規(guī)律解析：單個光子表現(xiàn)為粒子性，大量光子表現(xiàn)為波動性，可知A、D正確，B錯誤；光子表現(xiàn)為波動性，通過狹縫的路線是不確定的，C錯誤。答案：AD　
探究(二)　　對德布羅意波的理解及波長計算 [問題驅(qū)動]電子穿過鋁箔后的衍射圖樣說明了什么？提示：說明電子具有波動性?！　　　?
[重難釋解]1．對物質(zhì)波的理解(1)任何物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽都存在波動性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性，是因為宏觀物體對應(yīng)的波長太小的緣故。(2)粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受統(tǒng)計規(guī)律支配，不要以宏觀觀點(diǎn)中的波來理解德布羅意波。(3)德布羅意波假說是光子的波粒二象性的一種推廣，使之包括了所有的物質(zhì)粒子，即光子與實物粒子都具有粒子性，又都具有波動性，與光子對應(yīng)的波是電磁波，與實物粒子對應(yīng)的波是物質(zhì)波。
將m1＝1.67×10－27 kg，v＝1×103 m/s，h＝6.63×10－34 J·s，m2＝104 kg代入上面兩式可解得：λ1＝4.0×10－10 m，λ2＝6.63×10－41 m。[答案]　4.0×10－10 m　6.63×10－41 m
[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．(多選)以下說法正確的是(　　)A．宏觀粒子也具有波動性B．抖動細(xì)繩一端，繩上的波就是物質(zhì)波C．物質(zhì)波也是一種概率波D．物質(zhì)波就是光波解析：任何物體都具有波動性，故A正確；對宏觀物體而言，其波動性難以觀測，我們所看到的繩波是機(jī)械波，不是物質(zhì)波，故B錯誤；物質(zhì)波與光波一樣，也是一種概率波，即粒子在各點(diǎn)出現(xiàn)的概率遵循波動規(guī)律，但物質(zhì)波不是光波，故C正確，D錯誤。答案：AC
2．電子經(jīng)電勢差為U＝2 000 V的電場加速，電子的質(zhì)量m＝0.9×10－30 kg，求此電子的德布羅意波波長，已知普朗克常數(shù)h＝6.6×10－34 J·s。
答案：2.75×10－11 m
探究(三)　　對不確定性關(guān)系的理解[問題驅(qū)動]既然位置與動量具有不確定性，為什么宏觀物體的位置和動量可以同時測量？提示：由于普朗克常量是一個很小的量，對于宏觀物體來說，其不確定性小到無法進(jìn)行觀測，因此不確定性關(guān)系對宏觀物體是不重要的，即宏觀物體的位置和動量是可以同時確定的?！　　　?
提醒：不確定性關(guān)系不是說微觀粒子的坐標(biāo)測不準(zhǔn)，也不是說微觀粒子的動量測不準(zhǔn)，更不是說微觀粒子的坐標(biāo)和動量都測不準(zhǔn)，而是說微觀粒子的坐標(biāo)和動量不能同時測準(zhǔn)。不確定性關(guān)系是自然界的一條客觀規(guī)律，不是測量技術(shù)和主觀能力的問題。
一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維(選自人教版新教材課后練習(xí))一個電子和一個質(zhì)子具有同樣的動能時，它們的德布羅意波長哪個大？
二、注重學(xué)以致用和思維建模1．電子顯微鏡的最高分辨率高達(dá)0.2 nm，如果有人制造出質(zhì)子顯微鏡，在加速到相同的速度情況下，質(zhì)子顯微鏡的最高分辨率將(　　)A．小于0.2 nm　　　　　　B．大于0.2 nmC．等于0.2 nm D．以上說法均不正確
2．在中子衍射技術(shù)中，常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因為熱中子的德布羅意波波長與晶體中原子間距相近。已知中子質(zhì)量m＝1.67×10－27kg，普朗克常量h＝6.63×10－34 J·s，可以估算德布羅意波波長λ＝1.82×10－10 m的熱中子動能的數(shù)量級為(　　)A．10－17 J B．10－19 JC．10－21 J D．10－24 J

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第五節(jié) 不確定性關(guān)系

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