第3～5节 光的波粒二象性 德布罗意波 不确定性关系（课件PPT）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第三册（粤教版）

第三～五节　光的波粒二象性　德布罗意波　不确定性关系 核心素养导学 物理观念 (1)了解光的波粒二象性，知道光是一种概率波。 (2)知道实物粒子具有波动性。 (3)了解光和实物粒子的波粒二象性。 (4)了解不确定性关系，知道其物理意义。 科学思维 能通过证据说明实物粒子具有波动性。 科学探究 通过电子衍射实验认识粒子的波动性。 科学态度与责任 体会量子论的建立对人们认识物质世界的影响。 一、光的波粒二象性 1．光的本性之争 (1)英国物理学家牛顿认为光是一种_____。 (2)荷兰物理学家惠更斯认为光是一种____。 2．光的波粒二象性 (1)光既有_______，又有________。 (2)物理学中把光波看成是一种_______。 微粒 波 粒子性 波动性 概率波 德布罗意 波长 衍射现象 位置 动量 1. 根据测算，羽毛球离拍时的最大速度可达到288 km/h，羽毛球的质量为5.0 g。 求德布罗意波的波长以及能否观察到羽毛球的波动性？ 2．每一个运动的物体都有一个对应的波，为什么观察不到一粒飞行着的子弹的波动性？ 提示：宏观物体在运动时，我们观察不到它们的波动性，但也有一个波与之对应，只是对应飞行的子弹的波的波长太小了，所以观察不到子弹的波动性，但一粒飞行着的子弹的波动性还是存在的。 3．在微观物理学中，我们不可能同时准确地知道某个粒子的位置和动量，判断以下结论的正误： (1)无论宏观世界还是微观世界，粒子的位置都是确定的。 ( ) (2)我们可以根据电子的运动轨迹判断电子的出现位置。 ( ) (3)微观世界中不能准确地把握粒子的运动状态。 ( ) × × √ 新知学习(一)|光的波粒二象性 [任务驱动] 如图所示是对光的本质进行研究的两个实验。 两幅图分别是光什么性质的代表？说明了什么问题？ 提示：甲图是光电效应演示实验示意图，它是光的粒子性的代表；乙图是光的干涉实验示意图，它是光的波动性的代表。两个实验说明光具有波粒二象性。 [重点释解] 1．光的粒子性的含义 爱因斯坦光子说中的“粒子”与牛顿微粒说中的“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，其能量与光的频率有关，光子说并不否定波动说。 (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。 2．光的波动性的含义 光的波动性是光子本身的一种属性，它不同于宏观的波，它是一种概率波。 (1)足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质。 (2)频率低、波长长的光，波动性特征显著。 3．光的波动性和粒子性是统一的，光具有波粒二象性 (1)光的粒子性并不否定光的波动性，波动性和粒子性都是光的本质属性，只是在不同条件下的表现不同。 (2)只有从波粒二象性的角度，才能统一说明光的各种表现，光的波动性和粒子性是统一的。 [典例体验] [典例]　关于光的波粒二象性，下列说法正确的是 (　 ) A．光的频率越高，衍射现象越容易看到 B．光的频率越低，粒子性越显著 C．大量光子产生的效果往往显示波动性 D．光的波粒二象性否定了光的电磁说 [解析]　光具有波粒二象性，波粒二象性并不否定光的电磁说，只是说某些情况下粒子性明显，某些情况下波动性明显，故D错误。光的频率越高，波长越短，粒子性越明显，波动性越不明显，越不易看到其衍射现象，故A、B错误。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，故C正确。 [答案]　C [针对训练] 1．(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，选项A错误；干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，选项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从而认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，选项C正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，选项D正确。 答案：BCD　 2．(多选)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．康普顿效应表明光具有粒子性 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、康普顿效应)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