6.3 波粒二象性 课件 -2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦波粒二象性核心内容，涵盖康普顿效应的现象、解释及意义，光的波粒二象性表现与条件，德布罗意物质波假说。以光的散射现象导入，衔接经典理论困难与光子理论解释，构建“现象-解释-拓展”的知识支架。 亮点在于融合实验案例与理论推导，通过康普顿散射实验、双缝干涉现象分析培养科学探究能力；光子能量动量公式推导渗透科学推理，吴有训贡献介绍强化科学态度与责任。助力学生深化物质观念与运动相互作用观念，为教师提供丰富教学案例，提升课堂效率与核心素养培养效果。

第三节 波粒二象性 教科版选择性必修三第六章 波粒二象性 1 一、康普顿效应 1、光的散射： 光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变,这种现象叫做光的散射。 2、康普顿效应(教材135页）： 1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，这种散射现象称为康普顿散射或康普顿效应。 康普顿正在测晶体对X 射线的散射 3、康普顿效应解释中的疑难 （1）经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难 （2）光子理论对康普顿效应的解释 ① 若光子和外层电子（相当于自由电子）相碰撞，光子有一部分能量传给电子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波长，即波长变长，频率变低。 ② 若光子和被原子核束缚很紧的内层电子相碰撞，就相当于光子与整个原子相碰，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论， 碰撞过程中光子传递给原子的能量很少，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。故在散射中仍然保留有原波长的成分。 ③ 因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。 4、康普顿散射实验的意义 （1）有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设 （2）首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设 （3）证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能量守恒定律仍然是成立的 1925—1926年，吴有训用银的X射线(0 =5.62nm) 为入射线, 以15种轻重不同的元素为散射物质， 吴有训对研究康普顿效应的贡献 1923年，参加了发现康普顿效应的研究工作 对证实康普顿效应作出了重要贡献。 在同一散射角( )测量各种波长的散射光强度，作了大量 X 射线散射实验。 （1897-1977） 吴有训 还发现：原子量小的物质康普顿散射较强，原子量大的物质康普顿散射较弱；当散射角增加时，波长改变也随着增加；同一散射角下，所有散射物质的波长改变都相同。 1、光是一种波,同时又是一种粒子 二、光的本性――波粒二象性 光的干涉和衍射说明光具有波动性 光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性 微观认识论中波和微粒是统一的,不同于宏观认识中牛顿所指的粒子和惠更斯所指的波 2. 光子的能量和动量公式 动量、能量是描述粒子的 频率、波长则是用来描述波的 能量： 动量： 3、理解： （光什么时候表现为波，什么时候为粒子？） 现象1: 双缝干涉实验中：Δx=Lλ/d,波长长,干涉条纹明显 光电效应中：光波长短，频率大,易产生光电效应 【结论1】 　 　(1) 波长较长时光的波动性显著 　 波长较短时光的粒子性显著 现象2:用微弱的光做双缝实验 曝光时间短时,感光胶片上光子所到达的位置无法预测 曝光时间长时,感光胶片上出现干涉条纹(波动理论解释) 【结论2】 　 　(2)少量光子主要表现为粒子性 　　 大量光子主要表现为波动性 【结论3】 　 (3) 在光的传播过程中主要表现为波动性 　 在相互作用过程中主要表现为粒子性 概率表征某一事物出现的可能性 ,光子落在某些条形区域内的可能性较大（对于波的干涉即为干涉加强区）,光子落在某些条形区域内的可能性较小（对于波的干涉即为干涉减弱区） ② 光波是一种概率波(即光子在空 间各点出现的可能性的大小(概率)可以用波 动规律进行解释) [伽尔顿板实验] 单个小球下落的位置是不确 定的,但是它落在中间狭槽的可能性要大一些， 即小球落在中间的概率较大 【注意】①波动性是光子本身的一种属性 实物粒子的波粒二象性 13 德布罗意波长：　　 其中: p(运动物体的动量) ， h(普朗克常量) 【问题】 既然光波具有粒子性，那么质子、电子，以至原子、分子等实物粒子是否也会具有波动性呢？ 三、德布罗意物质波假说 １. 定义：任何一个运动着的物体，都有一种波和它相对应（即具有波动性），这种波叫做物质波（德布罗意波） 【问题】为什么我们观察不到宏观物体的波动性？ 我们之所以观察不到宏观物体的波动性,是因为宏观物体的德布罗意波长太小 但是，微观粒子则有可能观察到它们的波动性 看课本138-139页(戴维孙—革末，勾画课本）． 电子束在晶体表面散射时的衍射图样 ２. 物质波也是概率波 即它在空间各处出现的概率同样受波动规律支配 勾画课本139-140页 $