一、光的波粒二象性1．填一填(1)光的本性之爭(zhēng)①英國(guó)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(shuō)明光具有波動(dòng)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(dòng)性與粒子性跟光波頻率高低、波長(zhǎng)的長(zhǎng)短有怎樣的關(guān)系？提示：光波頻率越低，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，光的波動(dòng)性越明顯；光波頻率越高，波長(zhǎng)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(dòng)性。( )(2)物質(zhì)波的波長(zhǎng)由粒子的大小決定。( )(3)物質(zhì)波的波長(zhǎng)和粒子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量有關(guān)。( )3．想一想每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的波，為什么觀察不到一粒飛行著的子彈的波動(dòng)性？提示：宏觀物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們觀察不到它們的波動(dòng)性，但也有一個(gè)波與之對(duì)應(yīng)，只是對(duì)應(yīng)飛行的子彈的波的波長(zhǎng)太小了，所以觀察不到子彈的波動(dòng)性，但一粒飛行著的子彈的波動(dòng)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(shí)準(zhǔn)確地知道某個(gè)粒子的位置和動(dòng)量，那么粒子出現(xiàn)的位置是否就是無(wú)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(jì)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(wèn)題驅(qū)動(dòng)] 如圖所示是對(duì)光的本質(zhì)進(jìn)行研究的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。兩幅圖分別是光什么性質(zhì)的代表？說(shuō)明了什么問(wèn)題？提示：甲圖是光電效應(yīng)演示實(shí)驗(yàn)示意圖，它是光的粒子性的代表；乙圖是光的干涉實(shí)驗(yàn)示意圖，它是光的波動(dòng)性的代表。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明光具有波粒二象性?！　　　?
[重難釋解]1．光的粒子性的含義愛(ài)因斯坦光子說(shuō)中的“粒子”與牛頓微粒說(shuō)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(shuō)并不否定波動(dòng)說(shuō)。(1)當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)。(2)少量或個(gè)別光子易顯示出光的粒子性。(3)頻率高、波長(zhǎng)短的光，粒子性特征顯著。
2．光的波動(dòng)性的含義光的波動(dòng)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(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì)。(2)頻率低、波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，波動(dòng)性特征顯著。3．光的波動(dòng)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(dòng)性，波動(dòng)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(shuō)明光的各種表現(xiàn)，光的波動(dòng)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(shuō)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(dòng)性D．光的波粒二象性否定了光的電磁說(shuō)[解析]　光具有波粒二象性，波粒二象性并不否定光的電磁說(shuō)，只是說(shuō)某些情況下粒子性明顯，某些情況下波動(dòng)性明顯，故D錯(cuò)誤。光的頻率越高，波長(zhǎng)越短，粒子性越明顯，波動(dòng)性越不明顯，越不易看到其衍射現(xiàn)象，故A、B錯(cuò)誤。大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)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(lèi)對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了曲折的過(guò)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(shí)的是 (　　)A．牛頓的“微粒說(shuō)”與愛(ài)因斯坦的“光子說(shuō)”本質(zhì)上是一樣的B．光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)顯示了光具有波動(dòng)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(shuō)”認(rèn)為光是一種物質(zhì)微粒，愛(ài)因斯坦的“光子說(shuō)”認(rèn)為光是一份一份不連續(xù)的能量，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；干涉、衍射是波的特性，光能發(fā)生干涉說(shuō)明光具有波動(dòng)性，選項(xiàng)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(lái)赫茲用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光的電磁說(shuō)，選項(xiàng)C正確；光具有波動(dòng)性與粒子性，稱(chēng)為光的波粒二象性，選項(xiàng)D正確。
2．(多選)在驗(yàn)證光的波粒二象性實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法正確的是(　　)A．使光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫，如果時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上將出現(xiàn)衍射圖樣B．單個(gè)光子通過(guò)狹縫后，底片上會(huì)出現(xiàn)完整的衍射圖樣C．光子通過(guò)狹縫的路線是直線D．光的波動(dòng)性是大量光子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律解析：?jiǎn)蝹€(gè)光子表現(xiàn)為粒子性，大量光子表現(xiàn)為波動(dòng)性，可知A、D正確，B錯(cuò)誤；光子表現(xiàn)為波動(dòng)性，通過(guò)狹縫的路線是不確定的，C錯(cuò)誤。答案：AD　
探究(二)　　對(duì)德布羅意波的理解及波長(zhǎng)計(jì)算 [問(wèn)題驅(qū)動(dòng)]電子穿過(guò)鋁箔后的衍射圖樣說(shuō)明了什么？提示：說(shuō)明電子具有波動(dòng)性?！　　　?
[重難釋解]1．對(duì)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(yáng)都存在波動(dòng)性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動(dòng)性，是因?yàn)楹暧^物體對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)太小的緣故。(2)粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受統(tǒng)計(jì)規(guī)律支配，不要以宏觀觀點(diǎn)中的波來(lái)理解德布羅意波。(3)德布羅意波假說(shuō)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(shí)物粒子都具有粒子性，又都具有波動(dòng)性，與光子對(duì)應(yīng)的波是電磁波，與實(shí)物粒子對(duì)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(shuō)法正確的是(　　)A．宏觀粒子也具有波動(dòng)性B．抖動(dòng)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(dòng)性，故A正確；對(duì)宏觀物體而言，其波動(dòng)性難以觀測(cè)，我們所看到的繩波是機(jī)械波，不是物質(zhì)波，故B錯(cuò)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(dòng)規(guī)律，但物質(zhì)波不是光波，故C正確，D錯(cuò)誤。答案：AC
2．電子經(jīng)電勢(shì)差為U＝2 000 V的電場(chǎng)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(zhǎng)，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(duì)不確定性關(guān)系的理解[問(wèn)題驅(qū)動(dòng)]既然位置與動(dòng)量具有不確定性，為什么宏觀物體的位置和動(dòng)量可以同時(shí)測(cè)量？提示：由于普朗克常量是一個(gè)很小的量，對(duì)于宏觀物體來(lái)說(shuō)，其不確定性小到無(wú)法進(jìn)行觀測(cè)，因此不確定性關(guān)系對(duì)宏觀物體是不重要的，即宏觀物體的位置和動(dòng)量是可以同時(shí)確定的?！　　　?
提醒：不確定性關(guān)系不是說(shuō)微觀粒子的坐標(biāo)測(cè)不準(zhǔn)，也不是說(shuō)微觀粒子的動(dòng)量測(cè)不準(zhǔn)，更不是說(shuō)微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量都測(cè)不準(zhǔn)，而是說(shuō)微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)測(cè)準(zhǔn)。不確定性關(guān)系是自然界的一條客觀規(guī)律，不是測(cè)量技術(shù)和主觀能力的問(wèn)題。
一、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維(選自人教版新教材課后練習(xí))一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子具有同樣的動(dòng)能時(shí)，它們的德布羅意波長(zhǎng)哪個(gè)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(shuō)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?yàn)闊嶂凶拥牡虏剂_意波波長(zhǎng)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(zhǎng)λ＝1.82×10－10 m的熱中子動(dòng)能的數(shù)量級(jí)為(　　)A．10－17 J B．10－19 JC．10－21 J D．10－24 J

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