粒子的波动性 概率波 不确定性关系

粒子的波动性 概率波 不确定性关系

一、光是什么？

1、光是一种电磁波，有波长和频率 c =νλ

2、不同颜色的光在真空中传播速度都相同，等于c

3、不同颜色的光频率不同。光的颜色（频率）由光源来决定，在不同介质中传播时波速会变，但频率不变。

4、不同颜色的光在同一种介质中传播速度不相同，频率大的速度小。

二、光电效应

1、光电效应：当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。

光电子定向移动形成的电流叫光电流.

2、光电效应实验规律

（1）存在饱和电流：光照不变，增大U AK ，G 表中电流达到某一值后

不再增大，即达到饱和值。

因为光照条件一定时，K 发射的电子数目一定。

实验表明：入射光越强，饱和电流越大，单位时间内发射的光电子数越

多。

（2）存在遏止电压和截止频率

存在遏止电压U C ：使光电流减小到零的反向电压，若速度最大的是

v c ，则c 22

1eU v m c e = 实验表明：对于一定颜色(频率)的光，无论光的强弱如何，遏止电

压是一样的。光的频率改变，遏止电压也会改变。

存在截止频率c ν：经研究后发现，对于每种金属，都有相应确定的

截止频率c ν（极限频率）。

当入射光频率ν>c ν时，电子才能逸出金属表面；

当入射光频率ν< c ν时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。

（3）具有瞬时性

实验结果：即使入射光的强度非常微弱，只要入射光频率大于被照金属的截止频率，电流表指针也几乎是随着入射光照射就立即偏转。

更精确的研究推知，光电子发射所经过的时间不超过10

－9秒（这个现象一般称作“光电子的瞬

时发射”）。

结论：光电效应在极短的时间内完成。一般不超过10-9

秒. 三、光电效应解释中的疑难

1、光越强，光电子的初动能应该越大，所以遏止电压U C 应与光的强弱有关。

2、不管光的频率如何，只要光足够强，电子都可获得足够能量从而逸出表面，不应存在截止频率。

3、如果光很弱，按经典电磁理论估算，电子需几分钟到十几分钟的时间才能获得逸出表面所需的能量，这个时间远远大于10-9S 。

以上三个结论都与实验结果相矛盾的，所以无法用经典的波动理论来解释光电效应。

四、爱因斯坦的光量子假设

爱因斯坦从普朗克的能量子说中得到了启发，他提出：

1、光子：光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，频率为ν的光的能量子为hν。这些能量子后来被称为光子。νh E =

2、爱因斯坦的光电效应方程

一个电子吸收一个光子的能量hν后，一部分能量用来克服金属的逸出功W 0，剩下的表现为逸出后电子的初动能E k ，即：0W E h k +=ν或0W h E k -=ν

22

1c e k v m E =光电子最大初动能，0W 金属的逸出功，使电子脱离某种金属所做功的最小值 3、光子说对光电效应的解释

（1）爱因斯坦方程表明，光电子的初动能E k 与入射光的频率成线性关系，与光强无关。只有当hν>W 0时，才有光电子逸出，就是光电效应的截止频率

（2）电子一次性吸收光子的全部能量，不需要积累能量的时间，光电流自然几乎是瞬时发生的。

（3）光强较大时，包含的光子数较多，照射金属时产生的光电子多，因而饱和电流大。

五、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

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λ0相同的射线外，还有波长比λ0更大的成分。

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

根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。如果入射X 光是某种波长的电磁波，散射光也应该是X 光，不会出现波长更长的波。

（2）光子理论对康普顿效应的解释

①若光子和外层电子相碰撞，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。

②若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论， 碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。

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。

六、光子的动量

2mc E = νh E = 2c h m ν=∴ λ

ννh c h c c h mc P ==?==∴2 动量能量是描述粒子的,

频率和波长则是用来描述波的。

七、光的波粒二象性

1．光的波粒二象性

(1)光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性．

(2)光子的能量ε＝hν，光子的动量p ＝h /λ.

(3)光子既有粒子的特征，又有波的特征；即光具有波粒二象性．

2．对光的波粒二象性的理解

(1)大量光子产生的效果显示出波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性．

(2)光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量．和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波．

(3)光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．

(4)频率低、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．

八、物质波 概率波

1．任何运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它相对应，这种波叫

物质波，又叫德布罗意波．物质波波长、频率的计算公式为λ＝h p ，ν＝εh

. 我们之所以看不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体的动量太大，德布罗意波长太小的缘故．

2．德布罗意假说是光的波粒二象性的推广，即光子和实物粒子都既具有粒子性又具有波动性，即具有波粒二象性．与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．

3．物质波的实验验证

(1)1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验，从而证实了电子的波动性．

(2)人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝εh

和λ＝h p

关系同样正确． 4．经典的粒子和经典的波

(1)经典粒子有一定的质量和空间大小，遵循牛顿运动定律，在任意时刻有确定的位置和速度，在时空中有确定的轨道．

(2)经典波的基本特征是：具有频率和波长，即具有时空的周期性．

5．概率波

(1)光波是一种概率波

光的波动性不是光子之间相互作用的结果而是光子自身固有的性质，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以，光波是一种概率波．

(2)物质波也是一种概率波

对于电子和其他微观粒子，单个粒子的位置是不确定的，但在某点出现的概率的大小可以由波动的规律确定，而且对于大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果，所以物质波也是概率波．

九、不确定性关系

1．单缝衍射现象中，粒子在挡板左侧的位置是完全不确定的，即通过挡板前粒子的位置具有不确定性．

2．单缝衍射现象中，粒子通过狭缝后，在垂直原来运动方向的动量是不确定的，即通过挡板后粒子的动量具有不确定性．

3．微观粒子运动的位置不确定量Δx 和动量的不确定量Δp 的关系式为Δx ·Δp ≥h 4π

，其中h 是普朗克常量．

4．不确定性关系告诉我们，如果要更准确地确定粒子的位置(即Δx 更小)，那么动量的测量一定会更不准确(即Δp 更大)，也就是说，不可能同时准确地知道粒子的位置和动量，也不可能用“轨迹”来描述粒子的运动．微观粒子的运动状态只能通过概率波的统计规律描述．

【例1】关于光子说的基本内容有以下几点，不正确的是( )

A ．在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫一个光子

B ．光是具有质量、能量和体积的物质微粒子

C．光子的能量跟它的频率成正比

D．光子客观并不存在，而是人为假设的

答案：B

【例2】关于光电效应下述说法中正确的是( )

A．光电子的最大初动能随着入射光的强度增大而增大

B．只要入射光的强度足够强，照射时间足够长，就一定能产生光电效应

C．在光电效应中，饱和光电流的大小与入射光的频率无关

D．任何一种金属都有一个极限频率，低于这个频率的光不能发生光电效应

答案：D

【例3】爱因斯坦因提出了光量子概念并成功地解释光电效应的规律而获得1921年诺贝尔物理学奖．某种金属逸出光电子的最大初动能E km与入射光频率ν的关系如图所示，其中ν0为极限频率，从图中可以确定的是()

A．逸出功与ν有关

B．E km与入射光强度成正比

C．当ν<ν0时，会逸出光电子

D．图中直线的斜率与普朗克常量有关

答案：D

【例4】频率为ν的光照射某金属时，产生光电子的最大初动能为E km.改用频率为2ν的光照射同一金属，所产生光电子的最大初动能为(h为普朗克常量)()

A．E km－hνB．2E km

C．E km＋hνD．E km＋2hν

答案：C

【例5】如图所示, 在研究光电效应的实验中, 发现用一定频率的A单色光照射光电管时, 电流表指针会发生偏转, 而用另一频率的B单色光照射时不发生光电效应()

A．A光的频率大于B光的频率

B．B光的频率大于A光的频率

C．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是a流向b

D．用A光照射光电管时流过电流表G的电流方向是b流向a

答案：AC

【例6】对光的认识，以下说法中正确的是()

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．高频光是粒子，低频光是波

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，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显

解析个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性；光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，频率高的光粒子性强，频率低的光波动性强，光的粒子性表现明显时仍具有波动性，因为大量粒子的个别行为呈现出波动规律，故正确选项为A、D.

答案AD

【例7】下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是()

A．光波是一种物质波

B．X光的衍射证实了物质波的假设是正确的

C．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的

D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性

解析宏观物体由于动量太大，德布罗意波长太小，所以看不到它的干涉、衍射现象，但仍具有波动性，D项错；X光是波长极短的电磁波，是光子，它的衍射不能证实物质波的存在，B项错．只有C项正确．

答案 C

【例8】物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹，对这个实验结果下列认识正确的是()

A．曝光时间不长时，光子的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子

B．单个光子的运动表现出波动性

C．干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方

D．只有大量光子的行为才能表现出波动性

解析光是一种概率波，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是中央亮纹处，可达95%以上，还可能落到暗纹处，不过落在暗纹处的概率最小(注意暗纹处并非无光子到达)．故C、D选项正确．

答案CD

【例9】利用金属晶格(大小约10－10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是使电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样．已知电子质量为m ，电荷量为e ，初速度为0，加速电压为U ，普郎克常量为h ，则下列说法中正确的是( )

A ．该实验说明了电子具有波动性

B ．实验中电子束的德布罗意波长为λ＝h 2meU

C ．加速电压U 越大，电子的衍射现象越明显

D ．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显

答案 AB

解析 得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，A 正确；

由德布罗意波长公式λ＝h p

而动量p ＝2mE k ＝2meU

两式联立得λ＝h 2meU

，B 正确； 由公式λ＝h 2meU

可知，加速电压越大，电子的波长越小，衍射现象越不明显；用相同动能的质子替代电子，质子的波长小，其衍射现象不如电子的衍射现象明显．故C 、D 错误．

【例10】在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( )

A ．一定落在中央亮纹处

B ．一定落在亮纹处

C ．可能落在暗纹处

D ．落在中央亮纹处的可能性最大

答案 CD

解析 根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处．当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故C 、D 选项正确．

【例11】设子弹的质量为0.01 kg ，枪口直径为0.5 cm ，试求子弹射出枪口时横向速度的不确定量．

解析 枪口直径可以当作子弹射出枪口位置的不确定量Δx ，由于Δp x ＝m Δv x ，由不确定性关系公式得子弹射出枪口时横向速度的不确定量

Δv x ≥h 4πm Δx ＝ 6.63×10－344×3.14×0.01×0.5×10－

2 m/s ≈1.06×10－30 m/s

答案 1.06×10－30 m/s

课外练习

1．说明光具有粒子性的现象是()

A．光电效应B．光的干涉

C．光的衍射D．康普顿效应

答案AD

2．下列说法中正确的是()

A．光的波粒二象性学说就是牛顿的微粒说加上惠更斯的波动说组成的

B．光的波粒二象性彻底推翻了麦克斯韦的电磁理论

C．光子说并没有否定电磁说，在光子的能量ε＝hν中，ν表示波的特性，ε表示粒子的特性D．光波不同于宏观观念中那种连续的波

答案CD

解析光的波动性不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波．光的粒子性是指光的能量是一份一份的，不是牛顿微粒说中的经典微粒．光子说与电磁说不矛盾，它们是不同领域的不同表述．3．关于光子和运动着的电子，下列论述正确的是()

A．光子和电子一样都是实物粒子

B．光子能发生衍射现象，电子不能发生衍射现象

C．光子和电子都具有波粒二象性

D．光子具有波粒二象性，而电子只具有粒子性

答案 C

解析物质可分为两大类：一是质子、电子等实物；二是电场、磁场等，统称场．光是传播着的电磁场．根据物质波理论，一切运动的物体都具有波动性，故光子和电子都具有波粒二象性．综上所述，C选项正确．

4．下列物理实验中，能说明粒子具有波动性的是()

A．通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系，证明了爱因斯坦光电效应方程的正确性B．通过测试多种物质对X射线的散射，发现散射射线中有波长变大的成分

C．通过电子双缝实验，发现电子的干涉现象

D．利用晶体做电子束衍射实验，证实了电子的波动性

答案CD

5．如果一个电子的德布罗意波长和一个中子的相等，则它们的________也相等．

A ．速度

B ．动能

C ．动量

D ．总能量

答案 C

解析 根据德布罗意波长公式p ＝h λ

，因此选C. 6、利用光子说对光电效应的解释，下列说法正确的是( )

A ．金属表面的一个电子只能吸收一个光子

B ．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子

C ．金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出

D ．无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子

答案：A

7、如图所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是 ( )

A ．入射光太弱

B ．入射光波长太长

C ．光照时间短

D ．电源正负极接反

答案：BD

8、用波长为2.0×10－

7m 的紫外线照射钨的表面释放出来的光电子中最大的动能是 4.7×10－19J ．由此可知，钨的极限频率是(普朗克常量h ＝6.63×10－34 J·s ，光速c ＝3.0×108 m/s ，结果取两位有效数字) ( )

A ．5.5×1014Hz

B ．7.9×1014Hz

C ．9.8×1014Hz

D ．1.2×1015Hz

答案：B

9、已知能使某金属产生光电效应的极限频率为ν0，则( )

A ．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子

B ．当用频率为2ν0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hν0

C ．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大，则逸出功增大

D ．当照射光的频率ν大于ν0时，若ν增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍

答案：AB

10、如图所示，当电键K 断开时，用光子能量为2.5 eV 的一束光照射阴极P ，发现电流表读数不为零。合上电键K ，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60 V 时，电流表读数仍不为零；当

电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零。由此可知阴极材料的逸出功为A．1.9eV

B．0.6eV

C．2.5eV

D．3.1eV

答案：A

11、关于光的本性，下列说法中不正确的是（）

A．光电效应反映光的粒子性

B．光子的能量由光的强度所决定

C．光子的能量与光的频率成正比

D．光在空间传播时，是不连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子

答案：B

12、用一束绿光照射某金属，恰能产生光电效应，现在把入射光的条件改变，再照射这种金属．下列说法正确的是（）

A．把这束绿光遮住一半，则可能不产生光电效应

B．把这束绿光遮住一半，则逸出的光电子数将减少

C．若改用一束黄光照射，则逸出的光电子数将减少

D．若改用一束蓝光照射，则逸出光电子的最大初动能将增大

答案：BD

13、用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek 随入射光频率v变化的E k—v图象，已知钨的逸出功是3.28eV，锌的逸出功是3.34eV，若将两者的图象分别用实线与虚线画在同一个E k—v图上，则下图中正确的是( )

答案：A

14．如图1所示为证实电子波存在的实验装置，从F上出来的热电子可认为初速度为零，所加的

加速电压U ＝104 V ，电子质量为m ＝9.1×10－31kg ，普朗克常量h ＝6.63×10－34J·s.电子被加速后通过小孔K 1和K 2后入射到薄的金箔上，发生衍射作用，结果在照相底片上形成同心圆明暗条纹．试计算电子的德布罗意波长．

图1

答案 1.23×10－11m

解析 将eU ＝E k ＝12

m v 2， p ＝2mE k ，

λ＝h p 联立，得λ＝h 2meU

，代入数据可得λ≈1.23×10－11m. 15．一个电子被加速后，以极高的速度在空间运动，关于它的运动，下列说法中正确的是( )

A ．电子在空间做匀速直线运动

B ．电子上下左右颤动着前进

C ．电子运动轨迹是正弦曲线

D ．无法预言它的路径

答案 D

解析 根据概率波的知识可知，某个电子在空间中运动的路径我们无法确定，只能根据统计规律确定大量电子的运动区域，故选项D 正确．

16．关于电子的运动规律，以下说法正确的是( )

A ．电子如果表现出粒子性，则无法用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律

B ．电子如果表现出粒子性，则可以用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律

C ．电子如果表现出波动性，则无法用轨迹来描述它们的运动，空间分布的概率遵循波动规律

D ．电子如果表现出波动性，则可以用轨迹来描述它们的运动，其运动遵循牛顿运动定律 答案 C

解析 由于电子是概率波，少量电子表现出粒子性，无法用轨迹描述其运动，也不遵从牛顿运动定律，所以选项A 、B 错误；大量电子表现出波动性，无法用轨迹描述其运动，但可确定电子在某点附近出现的概率且遵循波动规律，选项C 正确，D 错误．

光的波动性和粒子性

专题二光的波动性和粒子性 考情动态分析 该专题内容，以对光的本性的认识过程为线索，介绍了近代物理光学的一些初步理论，以及建立这些理论的实验基础和一些重要的物理现象.由于该部分知识和大学物理内容有千丝万缕的联系，且涉及较多物理学的研究方法，因此该部分知识是高考必考内容之一.难度适中.常见的题型是选择题，其中命题率最高的是光的干涉和光电效应，其次是波长、波速和频率.有时与几何光学中的折射现象、原子物理中的玻尔理论相结合，考查学生的分析综合能力.此外对光的偏振降低了要求，不必在知识的深度上去挖掘. 考点核心整合 1.光的波动性 光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光的偏振现象说明光波为横波，光的电磁说则揭示了光波的本质——光是电磁波. （1）光的干涉 ①光的干涉及条件 由频率相同（相差恒定）的两光源——相干光源发出的光在空间相遇，才会发生干涉，形成稳定的干涉图样.由于发光过程的量子特性，任何两个独立的光源发出的光都不可能发生干涉现象.只有采用特殊的“分光”方法——将一束光分为两束，才能获得相干光.如双缝干涉中通过双缝将一束光分为两束，薄膜干涉中通过薄膜两个表面的反射将一束光分为两束而形成相干光. ②双缝干涉 在双缝干涉中，若用单色光，则在屏上形成等间距的、明暗相间的干涉条纹，条纹间距 L Δx和光波的波长λ成正比，和屏到双缝的距离L成正比，和双缝间距d成反比，即Δx= d λ.若用白光做双缝干涉实验，除中央亮条纹为白色外，两侧为彩色条纹，它是不同波长的光干涉条纹的间距不同而形成的. ③薄膜干涉 在薄膜干涉中，薄膜的两个表面反射光的路程差（严格地说应为光程差）与膜的厚度有关，故同一级明条纹（或暗条纹）应出现在膜的厚度相同的地方.利用这一特点可以检测平面的平整度.另外适当调整薄膜厚度.可使反射光干涉相消，增强透射光，即得增透膜. （2）光的衍射 ①条件 光在传播过程中遇到障碍物时，偏离原来的直线传播路径，绕到障碍物后面继续传播的现象叫光的衍射.在任何情况下，光的衍射现象都是存在的，但发生明显的衍射现象的条件应是障碍物或孔的尺寸与光波的波长相差不多. ②特点 在单缝衍射现象中，若入射光为单色光，则中央为亮且宽的条纹，两侧为亮度逐渐衰减的明暗相间条纹；若入射光为白光，则除中央出现亮且宽的白色条纹外，两侧出现亮度逐渐衰减的彩色条纹. （3）光的偏振 在与光波传播方向垂直的平面内，光振动沿各个方向均匀分布的光称为自然光，光振动沿着特定方向的光即为偏振光. 自然光通过偏振片（起偏器）之后就成为偏振光.光以特定的入射角射到两种介质界面上时，反射光和折射光也都是偏振光. 偏振现象是横波特有的现象，所以光的偏振现象表明光波为横波.

概率波 不确定性关系

高中物理选修3-5同步练习试题解析 概率波 不确定性关系 1．有关光的本性的说法中正确的是( ) A ．关于光的本性，牛顿提出了“微粒说”，惠更斯提出了“波动说”，爱因斯坦提出了“光子说”，它们都圆满地说明了光的本性 B ．光具有波粒二象性是指：光既可以看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子 C ．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性 D ．在光的双缝干涉实验中，如果光通过双缝时显示波动性，如果光只通过一个缝时显示粒子性 解析：牛顿主张的微粒说中的微粒与实物粒子一样，惠更斯主张的波动说中的波动与宏观机械波等同，这两种观点是相互对立的，都不能说明光的本性，所以A 、B 错，C 正确；在双缝干涉实验中，双缝干涉出现明暗均匀的条纹。当让光子一个一个地通过单缝时，曝光时间短时表现出粒子性，曝光时间长时表现出波动性，因此D 错误。 答案：C 2．关于物质波的认识，正确的是( ) A ．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的 B ．物质波也是一种概率波 C ．任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波 D ．物质波就是光波 解析：本题综合考查物质波概念，电子衍射图像的观测证明德布罗意关于物质波的假说是正确的，所以A 正确；只有运动的物质才有物质波与它对应，故C 错误；物质波与光波一样，也是一种概率波，即粒子在各点出现的概率遵循波动规律，但物质波不是光波，所以B 正确，D 错误；即正确选项是A 、B 。 答案：A 、B 3．以下说法正确的是( ) A ．物体都具有波动性 B ．抖动细绳一端，绳上的波就是物质波 C ．通常情况下，质子比电子的波长长 D ．核外电子绕核运动时，并没有确定的轨道 解析：任何物体都具有波动性，故A 对；对宏观物体而言，其波动性难以观测，我们 所看到的绳波是机械波，不是物质波，故B 错；电子的动量往往比质子的动量小，由λ＝h p 知，电子的波长长，故C 错；核外电子绕核运动的规律是概率问题，无确定的轨道，故D 对。

光的波动性和微粒性

光的波动性和微粒性 1、光本性学说的发展简史 （1）牛顿的微粒说:认为光是高速粒子流.它能解释光的直进现象，光的反射现象. （2）惠更斯的波动说:认为光是某种振动，以波的形式向周围传播.它能解释光的干涉和衍射现象. 2、光的干涉 光的干涉的条件：有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。（相干波源的频率必须相同）。 形成相干波源的方法有两种： （1） 用激光（因为激光发出的是单色性极好的光）。 （2）设法将同一束光分为两束（这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等）。下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。 3、干涉区域内产生的亮、暗纹 亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ= n λ（n=0，1，2，……） 暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即δ=)12(2-n λ （n=0，1，2，……） 相邻亮纹（暗纹）间的距离：λλ∝=?d l x （此公式可以测定单色光的波长）。 用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。 4、衍射----光通过很小的孔、缝或障碍物时，会在屏上出现明暗相间的条纹，且中央条纹很亮，越向边缘越暗。 （1）各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。 （2）发生明显衍射的条件是：障碍物（或孔）的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。（当障碍物或孔的尺寸小于0.5mm 时，有明显衍射现象。） （3）在发生明显衍射的条件下当窄缝变窄时亮斑的范围变大条纹间距离变大，而亮度变暗。 5、光的偏振现象：通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，称为偏振光。光的偏振说明光是横波。 6、光的电磁说 （1）光是电磁波（麦克斯韦预言、赫兹用实验证明了正确性。） （2）电磁波谱。波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X 射线、γ射线。各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。 S S b

2019届高中物理第十七章波粒二象性第3节粒子的波动性讲义含解析

粒子的波动性 1．光的波粒二象性 光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。2．光子的能量和动量 (1)能量：ε＝hν。 (2)动量：p＝h λ 。 (3)意义：能量ε和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描 述物质的波动性的典型物理量。因此ε＝hν和p＝h λ 揭示了光的粒子性和波动性之间的密切 关系，普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁。 [辨是非](对的划“√”，错的划“×”) 1．光既具有粒子性，又具有波动性。(√) 2．光的干涉说明光具有波动性，光的多普勒效应说明光具有粒子性。(√) [释疑难·对点练] 对光的波粒二象性的理解 (1)光既表现出波动性又表现出粒子性，要从微观的角度建立光的行为图案，认识光的波粒二象性。

(2)大量光子易显示波动性，而少量光子易显示出粒子性；波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强。 (3)要明确光的波动性和粒子性在不同现象中的分析方法。 [试身手] 1．(多选)对光的认识，以下说法中正确的是( ) A ．个别光子的行为易表现为粒子性，大量光子的行为易表现为波动性 B ．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的 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明显，在另外某种场合下，光的粒子性表现明显 解析：选ABD 个别光子的行为易表现为粒子性，大量光子的行为易表现为波动性。光与物质相互作用，表现为粒子性，光的传播表现为波动性，光的波动性与粒子性都是光的本质属性，故A 、B 、D 正确。 1．粒子的波动性 (1)德布罗意波： 每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也叫物质波。 (2)物质波的波长、频率关系式： 波长：λ＝h p ；频率：ν＝ε h 。 2．物质波的实验验证 (1)实验探究思路： 干涉、衍射是波特有的现象，如果实物粒子具有波动性，则在一定条件下，也应该发生干涉或衍射现象。 (2)实验验证： 1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射实验，得到了电子的衍射图样，证实了电子的波动性。 (3)说明： ①人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性，对于这些粒子，德布罗意给出的ν＝εh 和λ＝h p 关系同样正确； ②宏观物体的质量比微观粒子的质量大得多，运动时的动量很大，对应的德布罗意波的

高中物理光的波动性和微粒性知识点总结

高中物理光的波动性和微粒性知识点总结 高中物理中光的波动性和微粒性是每年高考的必考的知识点，可见其是很重要的，下面为同学们详细的介绍了光本性学说的发展简史、光的电磁说等知识点。 1.光本性学说的发展简史 (1)牛顿的微粒说:认为光是高速粒子流.它能解释光的直进现象，光的反射现象. (2)惠更斯的波动说:认为光是某种振动，以波的形式向周围传播.它能解释光的干涉和衍射现象. 光的干涉的条件是：有两个振动情况总是相同的波源，即相干波源。(相干波源的频率必须相同)。形成相干波源的方法有两种：⑴利用激光(因为激光发出的是单色性极好的光)。 ⑵设法将同一束光分为两束(这样两束光都来源于同一个光源，因此频率必然相等)。下面4个图分别是利用双缝、利用楔形薄膜、利用空气膜、利用平面镜形成相干光源的示意图。 2.干涉区域内产生的亮、暗纹 ⑴亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ= nλ(n=0，1，2，……) ⑵暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即

δ= (n=0，1，2，……) 页 1 第 相邻亮纹(暗纹)间的距离。用此公式可以测定单色光的波长。用白光作双缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。 3.衍射----光通过很小的孔、缝或障碍物时，会在屏上出现明暗相间的条纹，且中央条纹很亮，越向边缘越暗。 ⑴各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射。 ⑵发生明显衍射的条件是：障碍物(或孔)的尺寸可以跟波长相比，甚至比波长还小。(当障碍物或孔的尺寸小于0.5mm 时，有明显衍射现象。) ⑶在发生明显衍射的条件下当窄缝变窄时亮斑的范围变大条纹间距离变大，而亮度变暗。 4、光的偏振现象：通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，称为偏振光。光的偏振说明光是横波。 光的电磁说5.⑴光是电磁波(麦克斯韦预言、赫兹用实验证 明了正确性。) ⑵电磁波谱。波长从大到小排列顺序为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。各种电磁波中，除可见光以外，相邻两个波段间都有重叠。

概率波 5 不确定性关系

4 概率波 5 不确定性关系 [先填空] 1．经典的粒子和经典的波 (1)经典的粒子 ①含义：粒子有一定的空间大小，有一定的质量，有的还带有电荷． ②运动的基本特征：遵从牛顿运动定律，任意时刻有确定的位置和速度，在时空中有确定的轨道． (2)经典的波 ①含义：在空间是弥散开来的． ②特征：具有频率和波长，即具有时空的周期性． 2．概率波 (1)光波是一种概率波：光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，而是光子自身固定的性质，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以，

光波是一种概率波． (2)物质波也是概率波：对于电子和其他微观粒子，单个粒子的位置是不确定的，但在某点附近出现的概率的大小可以由波动的规律确定．对于大量粒子，这种概率分布导致确定的宏观结果，所以物质波也是概率波． [再判断] 1．经典粒子的运动适用牛顿第二定律．(√) 2．经典的波在空间传播具有周期性．(√) 3．经典的粒子和经典的波研究对象相同．(×) 4．光子通过狭缝后落在屏上明纹处的概率大些．(√) 5．电子通过狭缝后运动的轨迹是确定的．(×) [后思考] 1．对于经典的粒子，如果知道其初始位置和初速度，能否确定其任意时刻的位置和速度？ 【提示】能．经典粒子的运动规律符合牛顿运动定律，其运动轨迹也是可以确定的，因此，某时刻的位置和速度也可以确定． 2．是否可以认为光子之间的相互作用使它表现出波动性？ 【提示】不可以．实验说明：如果狭缝只能让一个光子通过，曝光时间足够长，仍然能得到规则的干涉条纹，说明光的波动性不是光子之间相互作用引起的，是光子本身的一种属性． [合作探讨] 在光的双缝干涉实验中，设法控制入射光的强度，使光子一个一个地通过狭缝，经过不同的时间相继得出如图17-4-1光子在胶片上的分布图片． 图17-4-1 探讨1：图甲说明什么问题？

高中物理-概率波、不确定性关系练习

高中物理-概率波、不确定性关系练习 A组 1.物理学家做了一个有趣的实验:在双缝干涉实验中,在光屏处放上照相底片,若减弱光波的强度,使光子只能一个一个地通过狭缝,实验结果表明,如果曝光时间不太长,底片上只出现一些不规则的点;如果曝光时间足够长,底片上就出现了规则的干涉条纹.对这个实验结果,下列认识正确的是() A.曝光时间不太长时,底片上只能出现一些不规则的点子,表现出光的波动性 B.单个光子通过双缝后的落点可以预测 C.只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性 D.干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 解析:曝光时间不太长时,底片上只能出现一些不规则的点子,表现出光的粒子性,选项A错误;单个光子通过双缝后的落点不可以预测,在某一位置出现的概率受波动规律支配,选项B错误;大量光子的行为才能表现出光的波动性,干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方,故选项C错误,D正确. 答案:D 2.以下说法正确的是() A.物体都具有波动性 B.抖动细绳一端,绳上的波就是物质波 C.通常情况下,质子比电子的波长长 D.核外电子绕核运动时,并没有确定的轨道 解析:任何物体都具有波动性,故A对;对宏观物体而言,其波动性难以观测,我们所看到的绳波是机械波,不是物质波,故B错;电子的动量往往比质子的动量小,由λ=知,电子的波长长,故C错;核外电子绕核运动的规律是概率问题,无确定的轨道,故D对. 答案:AD 3.电子的运动受波动性的支配,对于氢原子的核外电子,下列说法正确的是() A.氢原子的核外电子可以用确定的坐标描述它们在原子中的位置 B.电子绕核运动时,可以运用牛顿运动定律确定它的轨道 C.电子绕核运动的“轨道”其实是没有意义的 D.电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置 解析:微观粒子的波动性是一种概率波,对于微观粒子的运动,牛顿运动定律已经不适用了,所以氢原子的核外电子不能用确定的坐标描述它们在原子中的位置,电子的“轨道”其实是没有意义的,电子轨道只不过是电子出现的概率比较大的位置,综上所述,选项C、D正确. 答案:CD 4.关于宏观物体和微观粒子的特性,下列说法正确的是() A.经典物理学中的粒子任意时刻有确定位置和速度以及时空中的确定轨道 B.在光的双缝干涉实验中,如果光通过双缝时显出波动性,那么光只通过一个缝时就显出粒子性 C.光学中某些现象表明光具有波动性,而某些现象又表明光具有粒子性,说明光有时是波,有时是粒子 D.经典物理的粒子模型和波动模型在微观世界变成了波粒二象性模型 解析:任意时刻的确定位置和速度以及时空中的确定轨道,这是经典物理学中粒子运动的基本特征,所以选项A正确;但经典的粒子模型和波动模型在微观世界变成了波粒二象性模型,选项D

浅谈光的粒子性

一、浅谈光的粒子性 序 人类的认识往往是在曲折中前进的，对光的认识也是如此。最初，人们对光的本质的认识有两种观点，一种认为光是一种波，而另一种观点认为光是一种粒子，即有光的粒子说和波动说两种说法并存。牛顿认为光是一种匀质硬性小球，这种观点能够较好地解释光的反射、折射及光的直线传播现象。但随着光的干涉、衍射现象的发现，使光的波动说又占了上风；而光电效应的发现，使光的粒子说又重新登上了历史的舞台。但麻烦随之而来，因为光的粒子说无法解释干涉、衍射现象，而光的波动说也无法解释光电效应。于是，有聪明人把波动性和粒子性这两种截然不同的特性揉在一起，创造出了所谓的光的波粒二象性，并且自以为对物质的认识又前进了一大步，这还不算，他们又进而推广认为一切物质都有波粒二象性，这恐怕也是没有办法的办法。就在人们为波粒二象性这种新提法而洋洋自得的时候，殊不知，却丧失了一次认识光子内部结构的极好机会。而此后，人们若要揭示光的本性，就要承受更大的压力，排除更多的干扰，做更多不必要的工作。本文将从光的干涉、衍射现象入手，全面揭示光的本性－－粒子性…… 1、光的本性――粒子性 光的本性是什么？这个问题似乎无需讨论。物理学家会告诉你，光具有波粒二象性，是一种物质波；实际上一切物体都具有波动性，只不过宏观物质的物质波较短，更多时候其表现出粒子性而已。这样

的回答不禁使人想起一个幽默： 有人问：“地球为什么是圆的？” 答曰：“因为它在转” 又问：“地球为什么在转？” 答曰：“因为它是圆的” 光是什么？━━光是一种物质波。 光为什么是物质波？━━因为它有波粒二象性。 光为什么有波粒二象性呢？━━因为它是一种物质波。 我们痛心地发现，这个简单的近乎无聊的逻辑被人滥用到了令人吃惊的程度，在当今物理学中，似乎不谈物质波、相对论就显得落伍、水平不高什么的。那么，物质波是什么东西呢？恐怕只有极少数的聪明人才知道！我从来就认为光是一种粒子。这种观点可以解释光的直线传播、反射等等现象，但是光子说的确“无法解释光的干涉、衍射现象”。长久以来，我一直在思考如何解释这个问题，而光的干涉现象、衍射现象无疑是建立光子说的最大障碍。所以要想建立光子说，必须首先突破干涉现象、衍射现象的瓶颈。如何认识光的干涉现象、衍射现象呢？我们认为需要从两个方面入手，一方面是光子内部结构问题，另一方面是引力场的问题，这两方面要统筹考虑。。牛顿的光子说仅仅把光子看作一种简单的匀质硬性小球，这实际上是对光子的内部复杂结构认识不足，我们认为，光子并不是“匀质硬性小球”，它有极其复杂的内部结构，而光的干涉现象和衍射现象实际上是我们通过引力场认识光子内部结构的极好机会。

第3节 粒子的波动性

第3节 粒子的波动性 [随堂巩固] 1．(光的波动性)下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是 A ．光的色散和光的干涉 B ．光的干涉和光的衍射 C ．泊松亮斑和光电效应 D ．光的反射和光电效应 解析 光的干涉、衍射、泊松亮斑是光的波动性的证据，光电效应说明光具有粒子性，光的反射和色散不能说明光具有波动性或粒子性。故选项C 正确。 答案 C 2．(物质波的理解)下列说法中正确的是 A ．物质波属于机械波 B ．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性 C ．德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都具有一种波和它对应，这种波叫作物质波 D ．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性 解析 物质波是一切运动着的物体所具有的波，与机械波性质不同，宏观物体也具有波动性，只是干涉、衍射现象不明显，只有选项C 正确。 答案 C 3．(德布罗意波长的计算)电子经电势差为U ＝220 V 的电场加速，在v

[限时检测] [限时45分钟] 题组一光的波粒二象性 1．对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．光子与电子是同样一种粒子，光波与机械波是同样一种波 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 答案 D 2．(多选)波粒二象性是微观世界的基本特征，以下说法正确的有 A．光电效应现象揭示了光的粒子性 B．热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性 C．黑体辐射的实验规律可用光的波动性解释 D．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等 解析光电效应现象、黑体辐射的实验规律都可以用光的粒子性解释，选项A正确，选项C错误；热中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性，选项B正确；由德布罗意波长公式λ＝h 和p2＝2m·E k知动能相等的质子和电子动量不同，德布罗意波长不相等，选 p 项D错误。 答案AB 3．(多选)下列有关光的说法中正确的是 A．光电效应表明在一定条件下，光子可以转化为电子 B．大量光子易表现出波动性，少量光子易表现出粒子性 C．光有时是波，有时是粒子 D．康普顿效应表明光子和电子、质子等实物粒子一样也具有能量和动量

科学家同时观察到光的粒子性与波动性

科学家同时观察到光的粒子性与波动性(图) 上面的想象图演示的是单光子穿过干涉仪时的情景，干涉仪的输出端装有量子分光镜。图中远处可以看到正弦振荡的波形，表示的是单光子干涉，是一种波动现象。而在图片近处，观察不到振荡，说明只表现出粒子的特性。在两种极端之间，单光子的行为连续不断地从波的形式向粒子形式转变，图中显示了这两种状态 的重叠。 受艺术家毛里茨·科内利斯·埃舍尔作品的启发绘制的艺术图，显示了光在粒子态和波形态之间的连续变 化。

受艺术家毛里茨·科内利斯·埃舍尔作品的启发绘制的艺术图，显示了光在粒子态和波形态之间的连续变 化。 阿尔贝托·佩鲁佐(左)和彼得·夏伯特(右)，研究论文的并列第一作者。 实验中用以检测波粒二象性的量子光子芯片。单光子通过光纤进入环路，在输出端被极其敏感的探测器检测到。

新浪科技讯北京时间11月8日消息，长久以来，人们都知道光既可以表现出粒子的形式，也可以呈现波动的特征，这取决于光子实验测定时的方法。但就在不久之前，光还从未同时表现出这两种状态。 关于光是粒子还是波的争论由来已久，甚至可以追溯到科学最初萌芽的时候。艾萨克·牛顿提出了光的粒子理论，而詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的电磁学理论认为光是一种波。到了1905年，争论出现了戏剧性的变化。爱因斯坦提出光是由称为“光子”的粒子组成，借此解释了光电效应。他也因此获得了诺贝尔物理学奖。光电效应的发现对物理学影响深远，并为后来量子力学的发展作出了重大贡献。 量子力学在对微小粒子，如原子和光子的行为预测上，具有惊人的准确性。然而，这些预测非常违反直觉。比如，量子理论认为类似光子的粒子可以同时在不同的地方出现，甚至是同时在无穷多的地方出现，就像波的行为一样。这种被称为“波粒二象性”的概念，也适用于所有的亚原子粒子，如电子、夸克甚至希格斯玻色子等。波粒二象性是量子力学理论系统的基础，诺贝尔奖获得者理查德·费曼将其称为“量子力学中一个真正的奥秘”。 刊于《科学》杂志上的两组独立研究，利用不同的方法对光从波形态向粒子态的转变进行了测定，以揭示光的本质面貌。两组研究都来源于理论物理学家约翰·惠勒于上个世纪80年代进行

2019届高三物理二轮复习光的粒子性题型归纳

2019届高三物理二轮复习光的粒子性题型归纳 类型一、光的本性的认识 例1、关于光的本性，下列说法中正确的是（） A、关于光的本性，牛顿提出微粒说，惠更斯提出波动说，爱因斯坦提出光子说，它们 都说明了光的本性 B、光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上 的粒子 C、光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性 D、光的波粒二象性是将牛顿的波动说和惠更斯的粒子说真正有机地统一起来 【思路点拨】理解光的本性，波动性的特征及代表人物，粒子性的特征及代表人物。 【答案】C 【解析】光具有波粒二象性，这是现代物理学关于光的本性的认识，光的波粒二象性不同于牛顿提出的微粒说和惠更斯的波动说，是爱因斯坦的光子说和麦克斯韦的电磁说的统一。光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性，故ABD错误，C对。【总结升华】光既有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性，这就是光的本性。 举一反三 【变式1】根据爱因斯坦的“光子说”可知（） A. “光子说”本质就是牛顿的“微粒说” B. 光的波长越大，光子的能量越小 C. 一束单色光的能量可以连续变化 D. 只有光子数很多时，光才具有粒子性 【答案】B 【解析】爱因斯坦的“光子说”与牛顿的“微粒说”本质不同，选项A错误。由 c E h λ =可 知选项B正确。一束单色光的能量不能是连续变化，只能是单个光子能量的整数倍，选项C 错误。光子不但具有波动性，而且具有粒子性，选项D错误。 【变式2】关于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，其波动性就越显著；波长越短，其粒子性就越显著 D. 光子的数量越少波动性就越显著；光子的数量越多粒子性就越显著

讲义 - 光的波动性和粒子性

龙文教育学科教师辅导讲义 教师：______ 学生：______ 时间:_____年_____月____日____段 1929年，德布罗意因对实物粒子波动性的揭示而获得诺贝尔物理学奖.在授奖仪式上，瑞典物理学家卡尔·乌辛把德布罗意介绍给全体与会者，并发表了如下的讲话： “有一首每个瑞典人都很熟悉的诗是这样开头的：‘我的生活——就是波’.诗人也可以这样来表达他的思想：‘我——就是波’.他最好这样表达，这样，他的诗句也将包含着对物质性质最深刻认识的先觉.从现在起，这样的认识已是我们都能接受的了……” 3年高考平台 一、选择题 1.研究光电效应规律的实验装置如图16-1所示,以频率为ν的光照射光电管阴极K 时,有光电子产生.由于光电管K 、A 间加的是反向电压,光电子从阴极K 发射后将向阳极A 作减速运动.光电流i 由图中电流计G 测出,反向电压U 由电压表V 测出.当电流计的示数恰好为零时,电压表的示数称为反向截止电压U 0.在下列表示光电效应实验规律的图像中,错误的是（ ） 图16-1 图16-2 答案:B 2.现有a 、b 、c 三束单色光，其波长关系为λa ＞λb ＞λc .用b 光束照射某种金属时，恰能发生光电效应.若分别用a 光束和c 光束照射该金属，则可以断定（ ） A.a 光束照射时，不能发生光电效应 B.c 光束照射时，不能发生光电效应 C.a 光束照射时，释放出的光电子数目最多 D.c 光束照射时，释放出的光电子的最大初动能最小 答案：A 二、非选择题 3.（1）人们发现光电效应具有瞬时性和对各种金属都存在极限频率的规律.请问谁提出了何种学说很好地解释了上述规律？已知锌的逸出功为3.34 eV ，用某单色紫外线照射锌板时，逸出光电子的最大速度为106 m/s ，求该紫外线的波长λ（电子质量m e =9.11×10-31 kg ，普朗克常量h=6.63×10-34 J ·s,1 eV=1.60×10-19 J ）. （2）风力发电是一种环保的电能获取方式.图16-3为某风力发电站外观图.设计每台风力发电机的功率为40 kW.实验测得风的动能转化为电能的效率约为20%，空气的密度是1.29 kg/m 3，当地水平风速约为10 m/s ，问风力发电机的叶片长度约为多少才能满足设计要求？

17.5 不确定性关系

第五节不确定性关系 教学目标： （一）知识与技能 1、知道不确定关系的意义 2、知道电子的衍射现象 （二）过程与方法 1、了解物理学中物理模型的特点初步掌握科学抽象这种研究方法。 2、通过数形结合的学习，认识数学工具在物理科学中的作用。 （三）情感态度与价值观 培养学生对问题的分析和解决能力 教学重点： 对不确定关系的理解与记忆 教学难点： 对不确定关系的理解与记忆 教学方法： 讲述法、探究法、讨论法 教学用具： 多媒体教学设备。 教学过程： （一）引入新课 按经典力学，粒子的运动具有决定性的规律，原则上说可同时用确定的坐标与确定的动量来描述宏观物体的运动。 在量子概念下，电子和其它物质粒子的衍射实验表明，粒子束所通过的圆孔或单缝越窄小，则所产生的衍射图样的中心极大区域越大。换句话说，测量粒子的位置的精度越高，则测量粒子的动量的精度就越低。 Heisenberg 发现，上述不确定的各种范围之间存在着一定的关系，而且物理量的不确定性受到了Planck常量的限制。1927年，Heisenberg提出了不确定原理（又称为不确定关系，1932年，获诺贝尔物理学奖），指出：对于微观粒子，不能同时具有确定的位置和与确定的动量，其表达式为：

Δx ?ΔP x=h （二）新课教学 1、电子单缝衍射实验 以电子单缝衍射实验为例讨论不确定关系： 坐标的不确定度： Δx=a 考虑第一级范围的电子的动量： ΔP x=P sin φ 对于第一级 λ?=sin a 因 而 x a ?==//sin λλ? x P P P x ?==?/sin λ? 考虑deBrglie 公式：P h /＝λ 可得： h P x x =??? 一般情况： 2/ ≥???x p x 其中π2/h = 也称为Planck 常量。 即如果测量一个粒子的位置的不确定度范围为Δx ，则同时测量其动量也有一个不确定范围ΔP x ，两者的乘积满足不确定关系。 2、不确定性关系的数学表示与物理意义 2/ ≥???x p x Δx 表示粒子在x 方向上的位置的不确定范围，Δp x 表示在x 方向上动量的不确定范围，其乘积不得小于一个常数。 说明： （1）不确定关系表明，对微观粒子的位置和动量不可能同时进行准确的测

3 粒子的波动性

粒子的波动性学案 1．利用光子说对光电效应的解释，下列说法正确的是( ) A．金属表面的一个电子只能吸收一个光子 B．电子吸收光子后一定能从金属表面逸出，成为光电子 C．金属表面的一个电子吸收若干个光子，积累了足够的能量才能从金属表面逸出 D．无论光子能量大小如何，电子吸收光子并积累了能量后，总能逸出成为光电子 2．光电效应的规律中，经典波动理论不能解释的有 ( ) A。入射光的频率必须大于被照射金属的极限频率时才能产生光电效应 B．光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大 C入射光照射到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10—9s D．当入射光频率大于极限频率时，光电子数目与入射光强度成正比 3．如图所示，电路中所有元件完好，但光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是 ( ) A。入射光太弱 B．入射光波长太长 C．光照时间短 D。电源正负极接反 4．用不同频率的紫外线分别照射钨和锌的表面而产生光电效应，可得到光电子最大初动能Ek 随入射光频率v变化的E k—v图象，已知钨的逸出功是3．28eV，锌的逸出功是3．34eV，若将两者的图象分别用实线与虚线画在同一个E k—v图上，则下图中正确的是 ( ) 5．用绿光照射金属钾时恰能发生光电效应，在下列情况下仍能发生光电效应的是( ) A。用红光照射金属钾，而且不断增加光的强度 B．用较弱的紫外线照射金属钾 C。用黄光照射金属钾，且照射时间很长 D。只要入射光的波长小于绿光的波长，就可发生光电效应 6．在做光电效应演示实验时，，把某金属板连在验电器上，第一次用弧光灯直接照射金属板，验电器的指针张开一个角度，第二次在弧光灯和金属板之间插入一块普通玻璃，再用弧光灯照射，验电器的指针不张开。由此可以判定，使金属板产生光电效应的是弧光灯中的 ( ) A。可见光成分 B．红外线成分 C. 无线电波成分 D．紫外线成分 7．下表给出了一些金属材料的逸出功。 现用波长为400nm的单色光照射上述材料，能产生光电效应的材料最多有几种(普朗克常量h=6．6x10—34j·s，光速c=3．0x108m／s) ( ) A．2种 B．3种 C．4种 D．5种 8．用绿光照射一光电管，能产生光电效应，欲使光电子从阴极射出时的最大初动能增大，[ ] A．改用红光照射 B．增大绿光的强度 C．增大光电管的加速电压 D．改用紫光照射 9．已知金属铯的逸出功为1．9eV，在光电效应实验中，要使铯表面发出的光电子的最大动能为1．0eV，则入射光的波长应为 m。 10．已知某金属表面接受波长为λ和2λ的单色光照射时，释放出光电子的最大初动能分别为30eV 和10eV，求能使此种金属表面产生光电效应的入射光的极限波长为 多少? 11．如图所示，阴极K用极限波长λ。=0．66 μm的金属铯制成的， 用波长λ=0．50μm的绿光照射阴极K，调整两个极板电压，当A 板电压比阴极高出2．5V时，光电流达到饱和，电流表示数为0．64 μA，求： (1)每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初 动能； (2)如果把照射阴极绿光的光强增大为原来的2倍，每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极的最大初动能。 第1页共2页第2页共2页

光的波动性和粒子性专题

A.光的折射现象、色散现象 B.光的反射现象、干涉现象 C.光的衍射现象、偏振现象 D.光的直线传播现象、光电效应现象 （2006）19．已知能使某金属产生光电效应的极限频率为υ0， A 当用频率为2υ0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子 B 当用频率为2υ0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hυ0 C 当照射光的频率υ大于υ0时，若υ增大，则逸出功增大 D 当照射光的频率υ大于υ0时，若υ增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍（2006）利用图中装置研究双缝干涉现象时，有下面几种说法：ABD A.将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄 B.将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽 C.将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽 D.换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄 E.去掉滤光片后，干涉现象消失 其中正确的是。 (2008年天津)16.下列有关光现象的说法正确的是A A.在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由紫光改为红光，则条纹间距一定变大 B.以相同入射角从水中射向空气，紫光能发生全反射，红光也一定能发生全反射 C.紫光照射某金属时有电子向外发射，红光照射该金属时也一定有电子向外发射 D.拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度（2009 天津）7.已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光C A.在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大 B.以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大 C.从该玻璃中射入空气发生反射时，红光临界角较大 D.用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大 (2009 重庆)21.用a、b、c、d表示四种单色光，若A ①a、b从同种玻璃射向空气，a的临界角小于b的临界角； ②用b、c和d在相同条件下分别做双缝干涉实验，c的条纹间距最大 ③用b、d照射某金属表面，只有b能使其发射电子。 则可推断a、b、c、d可能分别是 A.紫光、蓝光、红光、橙光 B. 蓝光、紫光、红光、橙光 C.紫光、蓝光、橙光、红光 D. 紫光、橙光、红光、蓝光 （2010 北京）１４．对于红、黄、绿、蓝四种单色光，下列表述正确的是C Ａ．在相同介质中，绿光的折射率最大Ｂ．红光的频率最高 Ｃ．在相同介质中，蓝光的波长最短Ｄ．黄光光子的能量最小

5 不确定性关系

第五节 不确定关系 一、小结要点 1．德布罗意波的统计解释 2．经典波动与德布罗意波（物质波）的区别讲述：经典的波动（如机械波、电磁波等）是可以测出的、实际存在于空间的一种波动。而德布罗意波（物质波）是一种概率波。简单的说，是为了描述微观粒子的波动性而引入的一种方法。 3．不确定度关系（uncertainty relatoin ） 经典力学：运动物体有完全确定的位置、动量、能量等。 微观粒子：位置、动量等具有不确定量（概率）。 π 4h p x ≥?? 式中h 为普朗克常量。这就是著名的不确定性关系，简称不确定关系。上式表明： ①许多相同粒子在相同条件下实验，粒子在同一时刻并不处在同一位置。 ②用单个粒子重复，粒子也不在同一位置出现。 4．微观粒子和宏观物体的特性对比 5．不确定关系的物理意义和微观本质 （1）物理意义： 微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。粒子位置的不确定量x ?越小，动量的不确定量x p ?就越大，反之亦然。（2） 微观本质：是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然结果。 不确定关系式表明： ① 微观粒子的坐标测得愈准确(0→?x ) ，动量就愈不准确(∞→?x p ) ； 微观粒子的动量测得愈准确(0→?x p ) ，坐标就愈不准确(∞→?x ) 。

但这里要注意，不确定关系不是说微观粒子的坐标测不准；也不是说微观粒子的动量测不准；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准；而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准。 ② 为什么微观粒子的坐标和动量不能同时测准? 这是因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量。这本质上是微观粒子具有波粒二象性的必然反映。 由以上讨论可知，不确定关系是自然界的一条客观规律，不是测量技术和主观能力的问题。 ③ 不确定关系提供了一个判据： 当不确定关系施加的限制可以忽略时，则可以用经典理论来研究粒子的运动。 当不确定关系施加的限制不可以忽略时，那只能用量子力学理论来处理问题。 二、例题解析： 例1．一颗质量为10g 的子弹，具有200m·s -1的速率，若其动量的不确定范围为动量的0. 01%(这在宏观范围是十分精确的了)，则该子弹位置的不确定量范围为多大? 解：子弹的动量 s kgm s kgm mv p /0.2/20001.0=?== 动量的不确定范围s kgm s kgm p p /100.2/210 0.1%01.044--?=??=?=? 由不确定关系式π 4h p x ≥??，得子弹位置的不确定范围 m m p h x 31434 106.210 0.214.341063.64---?=????=??=?π 我们知道，原子核的数量级为10-15m ，所以，子弹位置的不确定范围是微不足道的。可 见子弹的动量和位置都能精确地确定，不确定关系对宏观物体来说没有实际意义。 例2．一电子具有200 m/s 的速率，动量的不确定范围为动量的0.01%(这已经足够精确了)，则该电子的位置不确定范围有多大? 解 : 电子的动量为 s kgm s kgm mv p /108.1/200101.92831--?=??==动量的不确定范围s kgm s kgm p p /108.1/108.1100.1%01.032284---?=???=?=?由不确定关系式，得电子位置的不确定范围m m p h x 33234 109.210 8.114.341063.64---?=????=??=?π我们

3 粒子的波动性

3粒子的波动性 基础巩固 1.(多选)说明光具有粒子性的现象是() A.光电效应 B.光的干涉 C.光的衍射 D.康普顿效应 答案AD 2.(多选)为了验证光的波粒二象性,在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片,并设法减弱光的强度,下列说法正确的是() A.使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝,如果时间足够长,底片上将出现双缝干涉图样 B.使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝,如果时间很短,底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样 C.大量光子的运动显示光的波动性 D.个别光子的运动显示光的粒子性,光只有波动性,没有粒子性 解析光的波动性是统计规律的结果,对于个别光子,我们无法判断它落到哪个位置;大量光子遵循统计规律,即大量光子的运动或曝光时间足够长,显示出光的波动性。 答案AC 3.(多选)下列物理实验中,能说明粒子具有波动性的是() A.通过研究金属的遏止电压与入射光频率的关系,证明了爱因斯坦光电效应方程的正确性 B.通过测试多种物质对X射线的散射,发现散射射线中有波长变大的成分 C.通过电子双缝实验,发现电子的干涉现象 D.利用晶体做电子束衍射实验,证实了电子的波动性 解析干涉和衍射是波特有的现象,由于X射线本身就是一种波,而不是实物粒子,故X射线散射中有波长变大的成分,并不能证实物质波理论的正确性,即A、B不能说明粒子的波动性,证明粒子的波动性只能是C、D。答案CD 4.下列关于物质波的说法正确的是() A.实物粒子具有粒子性,在任何条件下都不可能表现出波动性 B.宏观物体不存在对应波的波长 C.电子在任何条件下都能表现出波动性 D.微观粒子在一定条件下能表现出波动性 答案D 5.下列说法正确的是() A.质量大的物体,其德布罗意波长短 B.速度大的物体,其德布罗意波长短 C.动量大的物体,其德布罗意波长短 D.动能大的物体,其德布罗意波长短 解析由物质波的波长λ=,得其只与物体的动量有关,动量越大其波长越短。 答案C 6.(多选)利用金属晶格(大小约10-10 m)作为障碍物观察电子的衍射图样,方法是使电子通过电场加速后,让电子束照射到金属晶格上,从而得到电子的衍射图样。已知电子质量为m,电荷量为e,初速度为0,加速电压为U,普郎克常量为h,则下列说法正确的是() A.该实验说明了电子具有波动性

最新-光的波动性和粒子性练习题 精品

光的波动性和粒子性练习题 一、选择题 1．红、橙、黄、绿四种单色光子，光子能量最小的是 [] A．红光 B．橙光 C．黄光 D．绿光 2．太阳光谱中有许多暗线，它们是对应着某些元素的特征谱线，产生这些暗线是由于 [ ] A．太阳表面大气层中缺少相应的元素 B．太阳内部缺少相应的元素 C．太阳表面大气层中存在着相应的元素 D．太阳内部存在着相应的元素 3．用绿光照射一光电管，能产生光电效应，欲使光电子从阴极射出时的最大初动能增大，应 [ ] A．改用红光照射 B．增大绿光的强度 C．增大光电管的加速电压 D．改用紫光照射 4．在演示光电效应的实验中，原来不带电的一块锌板与灵敏验电器相连，用弧光灯照射锌板时，验电器的指针就张开一个角度，如图4-4-3所示，这时 [ ] A．锌板带正电，指针带负电 B．锌板带正电，指针带正电

C．锌板带负电，指针带正电 D．锌板带负电，指针带负电 5．设λ1、λ2是两种单色光1、2在真空中的波长，若λ1＞λ2，则这两种单色光线相比 [ ] A．单色光1的频率较小 B．玻璃对单色光1的折射率较大 C．在玻璃中，单色光1的传播速度较大 D．单色光1的光子能量较大 6．两种单色光A、B分别由垂直水平方向从水面射向水底，它们经历的时间t A＞t B，下列判断正确的是 [ ] A．A色光的波长比B色光的波长大 B．A色光的波长比B色光的波长小 C．A色光的光子能量比B色光的光子能量大 D．A色光的光子能量比B色光的光子能量小 二、计算题 7．一单色光照在金属钠的表面上时有光电子射出，当所加反向电压为3V时，光电流恰好为零，已知钠的极限频率为5000Hz，求：该单色光的频率． 8．有一功率为500W的红外线电热器，如果它辐射的红外线的频率为3.0×1014Hz，求：（1）每秒发出的光子数；（2）在距离电热器2m远处，垂直于红外线传播方向的1cm2的面积上每分钟能接收到多少个光子？