4.3-4 光的波粒二象性和德布罗意波 导学案-2023-2024学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第三册

光的波粒二象性和德布罗意波 佛山市荣山中学 郭嘉琛 姓名： 班级: 学号： 1 【学习目标】 1.通过光的双缝干涉试验了解和理解光的波粒二象性，理解光是一种概率波。并且能够分析不同不同光学现象对光性质的体现。 2.通过电子衍射的试验知道实物粒子和光子一样具有波动性。通过讨论认识到无法观察到宏观物体波动性的原因。 【复习回顾】 · 一个电子吸收一个光子的能量 ，一部分能量用来克服金属的逸出功 ，剩下的表现为逸出后电子的初动能 。 爱因斯坦的光电效应方程： 【新课教学】 环节一：小组讨论 粒子的特性:空间的排斥性，可碰撞，有确定的轨道。 波的特性:空间的叠加性，延伸性。 下列哪些现象体现光的粒子性，哪些体现光的波动性？为什么？还有没有其他现象可以体现光的性质呢？ 1.光电效应 2.光的干涉 3.光的衍射 4.康普顿散射 粒子性 波动性 现象一： 分 析： 现象一： 分 析： 现象二： 分 析： 现象二： 分 析： 其他现象： 其他现象： 波动性：突出表现在传播过程中。 光的性质 不同侧面 粒子性：突出表现在与物质相互作用中。 结论：单纯用粒子/波动模型均 完整地描述光的性质。 环节二：实验探究 实验一：通过光的双缝干涉实验观察光强减弱后干涉图像的变化。 光的双缝干涉图样 光强减弱 现象：当光强减弱，屏幕上的条纹变成 。 猜想原因： 结论：干涉图像的变化体现光的 。 实验二：将光源的强度减弱，每次只有一个光子通过狭缝，观察感光片上亮点变化。观察随着记录时间的增加，感光屏上图像的变化。 记录时间短： 记录时间长： 结论：单个光子也具有 。 光同时具有波动性和粒子性，即波粒二象性。一般来说频率越高、波长越短、能量越大的光子其粒子性越显著，频率越低、波长越长、能量越小的光子其波动性越显著。 环节三：德布罗意的猜想和验证 实物粒子和光一样具有波粒二象性。这种与实物粒子相联系的波后来被称为德布罗意波或物质波。实物粒子的德布罗意波的波长和动量满足以下关系：。 若以电子为例，电子的质量为9.1×10-31 kg，某电子速度大小为4.0×106m/s，请计算该电子对应的德布罗意波长。  晶体内部的原子（或离子）在空间呈周期性排列，在每一层晶面上就构成一定形状的网格，每一个网格就相当于一个狭缝．所以，电子束照射到晶体上可能会发生衍射。 环节四：电子衍射实验 在德布罗意波的概念提出后，戴维森和G.P.汤姆孙分别发现了电子衍射现象。后续的实验证明其他微观粒子也具有波动性。波粒二象性是所有微观粒子的共同特征。 想一想：为什么宏观物体观察不到德布罗意波的现象呢？ 算一算：质量为10 g的子弹，速度为500 m/s，它对应的德布罗意波波长是多少?  原因：宏观物体对应的物质波波长很小，很难观察其波动性。 【课堂小结】 1. 光同时具有波动性和粒子性，即波粒二象性。光的粒子性和波动性通过普朗克常数联系起来。由于干涉条纹是光子落在感光片各点概率分布的反应，因此物理学中把光波看做概率波。 2. 实物粒子和光一样具有波粒二象性。这种与实物粒子相联系的波后来被称为德布罗意波或物质波。实物粒子的波长与其动量之间满足关系：p=ℎ/λ。 【课堂练习】 1.下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是(　　) A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子。 B．光波与机械波是同样的一种波。 C．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的。 D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量ε＝hν中， 频率ν仍表示的是波的特性。 2．对波粒二象性的理解，下列说法错误的是(　　) A．光电效应揭示了光的粒子性，而康普顿效应从动量方面进一步揭示了光的粒子性。 B．德布罗意提出：实物粒子也具有波动性，而且粒子的动量跟它所对应的波的波长之间， 遵从λ=h/p的关系。 C．光的波长越短，光子的能量越大，光的粒子性越明显。 D．如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的德布罗意波长相等，则它们的动能相等。 学科网（北京）股份有限公司 $$