第3节 光的波粒二象性 第4节 德布罗意波 第5节 不确定性关系-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

本讲义聚焦光的波粒二象性、德布罗意波及不确定性关系核心知识点，梳理从光的本性之争（牛顿微粒说、惠更斯波动说）到双缝干涉、光电效应等实验确立波粒二象性，再扩展至实物粒子波动性（德布罗意波）及微观粒子位置动量不确定关系的认知脉络，搭建递进式学习支架。 该资料以情境导入（如康普顿效应问题）激发探究，通过师生互动（光子数目与波粒性表现分析）深化理解，结合例题与针对练（波粒二象性判断、德布罗意波长计算）培养科学思维与物理观念。课中辅助教师引导学生建构微观粒子波粒二象性模型，课后助力学生通过练习巩固知识，查漏补缺。

第三节　光的波粒二象性 第四节　德布罗意波 第五节　不确定性关系 【素养目标】　1.了解光的波粒二象性及其对立统一关系。　2.了解粒子的波动性，知道物质波的概念，了解什么是德布罗意波。　3.了解不确定性关系。 知识点一　光的波粒二象性 【情境导入】　一个光子的能量ε＝hν，爱因斯坦指出光子动量p＝＝。美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现一部分散射出来的X射线波长变长，这个现象后来被称为康普顿效应。若光子可以像电子一样与石墨原子碰撞，其动量如何变化，波长如何变化，与康普顿观察到的现象吻合吗？光到底是波还是粒子？ 提示：动量变小　波长变长　吻合　光具有波粒二象性 【教材梳理】(阅读教材P86－P88完成下列填空) 1．光的本性之争 (1)英国物理学家牛顿认为光是一种微粒，而荷兰物理学家惠更斯却认为光是一种波。 (2)1807年，英国科学家托马斯·杨做了著名的光的双缝干涉实验，得到了明暗相间的干涉条纹，并由此测定了光的波长。由于干涉现象是波的重要特征之一，所以该实验为光的波动性提供了重要的实验依据。 (3)英国科学家麦克斯韦在建立电磁理论的过程中，于1862年预言了光是一种电磁波。 (4)1888年，德国物理学家赫兹通过实验发现了人们期待已久的电磁波。 2．光的波粒二象性的本质 (1)光的干涉和衍射实验表明，光是一种电磁波，具有波动性。而光电效应和康普顿效应则表明，光在与物体相互作用时，光子表现出粒子性。 (2)光既有粒子性，又有波动性，人们把这种性质称为光的波粒二象性。 (3)光子的能量和动量表示为ε＝hν和p＝。其中，能量ε和动量p是描述光子粒子性的重要物理量，频率ν和波长λ是描述光子波动性的典型物理量，普朗克常量h是联系光子粒子性和波动性的桥梁。 (4)光是概率波：概率大的地方落下的光子多，形成亮纹；概率小的地方落下的光子少，形成暗纹。物理学中把光波看成是一种概率波，干涉条纹是光子落在感光片上各点的概率分布的反映。 【师生互动】　为了对光的本性做进一步的考察与分析，物理学家把屏换成感光底片，在不断变化光的强度的情况下，用短时间曝光的方法进行了光的双缝干涉实验(如图所示)。 当光子数目较少时，光表现出粒子性还是波动性？当光子数目较多时，光表现出粒子性还是波动性？ 提示：当光子数目较少时，光是作为一个个粒子落在感光底片上的，显示出了光的粒子性；当光子数目较多时，光与感光底片量子化的作用积累起来形成明暗相间的条纹，显示出了光的波动性。 学生用书↓第72页 　光的波粒二象性的理解 (多选)对光的认识，下列说法中正确的是(　　) A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性 B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用引起的 C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了 D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种场合下光的粒子性表现得明显 答案：ABD 解析：当光子数目较少时，表现出粒子性，当光子数目较多时，表现出波动性，故A正确；波粒二象性是光的根本属性，与光子之间的相互作用无关，故B正确；光具有波粒二象性，即光既具有波动性又具有粒子性，在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种场合下光的粒子性表现得明显，故D正确，C错误。 光的波粒二象性的理解 光的两种性质 实验基础 表现 说明 波动性 干涉和 衍射 (1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述 (2)大量光子容易显示出波动性 (1)光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的 (2)光的波动性不同于宏观概念的波 粒子性 光电效应、康普顿效应 (1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质 (2)少量或个别光子容易显示出粒子性 (1)粒子的含义是“不连续”的“一份一份”的 (2)光子不同于宏观概念的粒子 针对练．(多选)(2025·浙江绍兴高二期末)下列四个实验能证明光具有粒子性的是(　　) 答案：AB 解析：题图A是光电效应实验，证明了光具有粒子性，A正确；题图B是康普顿效应，表示的是光子和电子一对一的作用规律，证明光子既具有能量，也具有动量，证明了光具有粒子性，B正确；题图C是单色光的衍射现象，证明了光具有波动性，C错误；题图D是光的双缝干涉实验，证明了光具有波动性，D错误。 　光的波粒二象性的综合分析 如图所示，一束复色光AO以一定的入射角从玻璃射向真空时分成a、b两束，关于a、b这两种单色光，下列说法中正确的是(　　) A．此玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率 B．用同一双缝干涉装置进行实验，a光的干涉条纹间距比b光的大 C．a光光子能量小于b光光子能量 D．在玻璃中a光的全反射临界角小于b光的全反射临界角 答案：D 解析：以相同的入射角从玻璃射向真空，a光的折射角大，所以折射率na>nb，选项A错误；根据单色光的波长、频率以及折射率之间的关系，可知波长λa<λb，由双缝干涉的条纹间距公式Δx＝λ可知，a光的波长短，干涉条纹间距小，选项B错误；频率νa>νb，根据光子能量ε＝hν，可知a光的频率高，能量大，选项C错误；由全反射临界角sin ic＝可知，a的折射率大，临界角小，选项D正确。 针对练. (多选)用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图所示，则这两种光(　　) A．照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大 B．照射该光电管时b光使其逸出的光电子最大初动能大 C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大 D．通过同一装置发生双缝干涉，b光的相邻条纹间距大 答案：BC 解析：由题图可知，b光的遏止电压大，所以b光照射光电管时使其逸出的光电子最大初动能大，故A错误，B正确；根据光电效应方程hν＝Ek＋W0，易知，a光的频率小，波长长，通过同一装置发生双缝干涉时，由Δx＝λ可知，a光的相邻条纹间距大，故C正确，D错误。 学生用书↓第73页 知识点二　德布罗意波 【情境导入】　如图是电子束穿过铝箔后的衍射图样，结合图样及教材内容回答下列问题： (1)德布罗意提出“实物粒子也具有波动性”假设的理论基础是什么？ (2)电子束穿过铝箔的衍射图样说明了什么？ 提示：(1)普朗克能量子和爱因斯坦光子理论。 (2)电子具有波动性。 【教材梳理】(阅读教材P89－P90完成下列填空) 1．德布罗意波：法国物理学家德布罗意认为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，也叫物质波。 2．物质波的波长、频率的计算公式为λ＝，ν＝。 3．电子衍射 美国工程师戴维森和英国物理学家G.P.汤姆孙都发现了电子在晶体上的衍射现象，证明了德布罗意波假说。电子不仅会发生衍射，而且会发生干涉，说明实物粒子具有波动性。 4．实物粒子的波粒二象性：实物粒子具有与光一样的波粒二象性。波粒二象性是包括光子在内的一切微观粒子的共同特征。 【师生互动】　德布罗意认为任何运动着的物体均具有波动性，射击运动员射击时会因为子弹的波动性而“失准”吗？为什么？ 提示：不会。因为现实情况下子弹的德布罗意波长远比宏观物体的尺度小得多，根本无法观察到它的波动性，忽略它的波动性也不会引起大的偏差，所以不会“失准”。 (多选)(2025·广东汕尾高三期末)根据物质波理论，以下说法中正确的是(　　) A．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性 B．宏观物体和微观粒子都具有波动性 C．宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长 D．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显 答案：BD 解析：任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之对应，这种波称为物质波，所以宏观物体具有波动性，故A错误，B正确；宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太短，故C错误；质子和电子都有波动性，由λ＝可知，相同速度的电子和质子，因为质子的质量较大，则其动量较大，物质波波长较短，所以电子的波动性更为明显，故D正确。 知识点三　不确定性关系 【情境导入】　在光的单缝衍射实验中，a代表入射粒子位置的范围，衍射条纹b比a宽，代表粒子在原运动的垂直方向上有动量。a越窄，入射位置越容易确定，而b相应变宽，说明垂直方向的动量的不确定性如何变化。 提示：变大。 【教材梳理】 (阅读教材P93－P94完成下列填空) 不确定性关系：微观粒子的位置与动量不可同时被确定，其位置的不确定量Δx与动量的不确定量Δp遵守不等式：ΔxΔp≥。 学生用书↓第74页 【师生互动】　任务1.不确定性关系是说微观粒子的坐标和动量都测不准吗？ 任务2.随着测量技术的不断发展，能否将微观粒子的坐标和动量同时准确测出？ 提示：任务1.不是。任务2.不能。 从衍射的规律可以知道，狭缝越窄，屏上中央亮条纹就越宽，由不确定性关系ΔxΔp≥判断下列说法正确的是(　　) A．入射的粒子有确定的动量，射到屏上的粒子就有准确的位置 B．狭缝的宽度变小了，因此粒子动量的不确定性也变小了 C．更窄的狭缝可以更准确地测得粒子的位置，但粒子动量的不确定性却更大了 D．可以同时确定粒子的位置和动量 答案：C 解析：微观粒子的位置和动量不可能同时被确定，故A、D错误；由ΔxΔp≥可知，狭缝变小了，即Δx减小，Δp将变大，即动量的不确定性变大，故C正确，B错误。 1．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中不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”本质上是不同的 B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性 C．爱因斯坦预言了光是一种电磁波 D．光既具有粒子性又具有波动性 答案：C 解析：牛顿的“微粒说”认为光是一种实物粒子，而爱因斯坦的“光子说”认为光是一种量子化的物质，故A符合；光的双缝干涉实验显示了光具有波动性，故B符合；光既具有粒子性又具有波动性，故D符合；麦克斯韦预言了光是一种电磁波，故C不符合。故选C。 2.如图所示，弧光灯发出的光，经过下列实验后产生了两个重要的实验现象：①经过一狭缝后，在后面的锌板上形成明暗相间的条纹；②与锌板相连的验电器的铝箔张开了一定的角度。则这两个实验现象分别说明(　　) A．①和②都说明光具有波动性 B．①和②都说明光具有粒子性 C．①说明光有粒子性，②说明光具有波动性 D．①说明光有波动性，②说明光具有粒子性 答案：D 解析：现象①是光的单缝衍射现象，该现象说明了光具有波动性；现象②是光电效应现象，该现象说明了光具有粒子性。故A、B、C错误，D正确。 3．有一颗质量为5.0 kg的炮弹，当其以200 m/s的速度运动时，它的德布罗意波的波长是(　　) A．6.63×10－36 m B．6.63×10－37 m C．3.32×10－36 m D．3.32×10－36 m 答案：B 解析：炮弹的德布罗意波的波长为λ1＝＝＝ m＝6.63×10－37 m，故B正确。 4．(多选)在单缝衍射实验中，从微观粒子运动的不确定性关系可知(　　) A．不可能准确地知道单个粒子的运动情况 B．缝越窄，粒子位置的不确定性越大 C．缝越宽，粒子位置的不确定性越大 D．缝越窄，粒子动量的不确定性越大 答案：ACD 解析：由不确定性关系ΔxΔp≥可知，缝越宽，位置不确定性越大，则动量的不确定性越小，反之亦然，选项A、C、D正确，B错误。 学科网（北京）股份有限公司 $