波粒二象性练习题
基础巩固练
1．(2018·安徽合肥三模)我国科学家潘建伟院士预言十年左右量子通信将“飞”入千家万户。在通往量子论的道路上，一大批物理学家做出了卓越的贡献，下列有关说法正确的是()
A．玻尔在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统观念B．爱因斯坦最早认识到了能量子的意义，提出光子说，并成功地解释了光电效应现象
C．德布罗意第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念D．普朗克大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性
2．(多选)下列对光的波粒二象性的说法正确的是()
A．光子不仅具有能量，也具有动量
B．光的波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性
C．运动的实物粒子也有波动性，波长与粒子动量的关系为λ＝p h
D．光波和物质波，本质上都是概率波
3．入射光照到某金属表面发生光电效应，若入射光的强度减弱，而频率保持不变，则()
A．从光照射到金属表面上到金属发射出光电子之间的时间间隔将明显增加B．逸出的光电子的最大初动能减小
C．单位时间内从金属表面逸出的光电子数目将减少
D．有可能不发生光电效应
4．(2017·上海单科)光子的能量与其()
A．频率成正比B．波长成正比
C．速度成正比D．速度平方成正比
5．在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应。对于这两个过程，下列四个物理过程中，一定相同的是()
A．遏止电压B．饱和光电流
C．光电子的最大初动能D．逸出功
6．(多选)用绿光照射一光电管，能产生光电效应。现在用如图1所示的电路测定遏止电压，则()
图1
A．改用红光照射，遏止电压会增大
B．改用紫光照射，遏止电压会增大
C．延长绿光照射时间，遏止电压会增大
D．增加绿光照射强度，遏止电压不变
7．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．光子与电子是同一种粒子
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，光子说并未否定波动说，在光子的能量ε＝hν中，频率ν表示的仍是波的特性
8．(多选)实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动性的是()
A．电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样
B．β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹
C．人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构
D．人们利用电子显微镜观测物质的微观结构
9．如图2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，则下列说法中正确的是()
图2
A．A光的频率小于B光的频率
B．A光的入射强度大于B光的入射强度
C．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．A光照射光电管时流过电流表G的电流大小取决于光照时间的长短
综合提升
10．(2019·江西上饶联考)爱因斯坦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年的诺贝尔物理学奖。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3所示，其中ν0为极限频率。从图中可以确定的是()
图3
A．逸出功与ν有关
B．E km与入射光强度成正比
C．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
11．在研究甲、乙两种金属发生光电效应现象的实验中，光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系如图5所示，则下列说法正确的是()
图5
A．两条图线与横轴的夹角α和β一定不相等
B．若增大入射光频率ν，则所需的遏止电压U c将增大
C．某一频率的光可以使乙金属发生光电效应，则不一定能使甲金属发生光电效应
D．若不改变入射光频率ν，而增加入射光的强度，则光电子的最大初动能E k将增大
12．利用如图6甲所示的实验装置观测光电效应，已知实验中测得某种金属的遏止电压U c 与入射频率ν之间的关系如图乙所示，电子的电荷量为e ＝1.6×10－19 C ，则( )
图6
A ．普朗克常量为eν1U 1
B ．该金属的逸出功为eU 1
C ．电源的右端为正极
D ．若电流表的示数为10 μA ，则每秒内从阴极发出的光电子数的最小值为
6.25×1012
补充高考题
13．
（2018江苏，12C （2），4分）光电效应实验中，用波长为的单色光A 照射某金属板时，刚好有光电子从金属表面逸出．当波长为的单色光B 照射该金属板时，光电子的最大初动能为______，A 、B 两种光子的动量之比为_____． （已知普朗克常量为h 、光速为c ）
14．
【2019年天津卷】第26届国际计量大会决定，质量单位“千克”用普朗克常量h 定义，“国际千克原器”于2019年5月20日正式“退役”。h 的数值为6.63×10?34，根据能量子定义，h 的单位是______，该单位用国际单位制中的力学基本单位表示，则为______。
15．
【2019年江苏卷】在“焊接”视网膜的眼科手术中，所用激光的波长λ=6.4×10?7m ，每个激光脉冲的能量E =1.5×10?2J .求每个脉冲中的光子数目。(已知普朗克常量?=
6.63×10?34J ?s ，光速c =3×108m/s ，计算结果保留一位有效数字)
波粒二象性练习题答案
1．答案 B
解析 普朗克在1900年把能量子引入物理学，破除了“能量连续变化”的传统
观念，故A错误；爱因斯坦最早认识到了能量子的意义，提出光子说，并成功地解释了光电效应现象，故B正确；玻尔第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，故C错误；德布罗意大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，预言实物粒子也具有波动性，故D错误。
2．答案ABD
解析光电效应表明光子具有能量，康普顿效应表明光子除了具有能量之外还具有动量，选项A正确；波粒二象性指光有时表现为波动性，有时表现为粒子性，
选项B正确；物质波的波长与粒子动量的关系应为λ＝h
p，选项C错误；光波中
的光子和物质波中的实物粒子在空间出现的概率满足波动规律，因此二者均为概率波，选项D正确。
3．答案 C
解析光电效应瞬时(10－9s)发生，与光的强度无关，A错误；能否发生光电效应只决定于入射光的频率是否大于极限频率，与光的强度无关，D错误；光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，入射光的频率越大，最大初动能越大，B 错误，光电效应现象中，单位时间发出的光电子数目多少与入射光的强度有关，可理解为一个光子能打出一个光电子，光的强度减弱，逸出的光电子数目减少，C正确。
4．答案 A
解析由E＝hν、c＝λν得E＝hν＝h c
λ，可见光子的能量与其频率成正比、与其
波长成反比，选项A正确，B错误；由于任意能量的光子在真空中传播的速度都是相同的，故选项C、D错误。
5．答案 B
解析同一种单色光照射不同的金属，入射光的频率和光子能量一定相同，金属逸出功不同，根据光电效应方程E km＝hν－W0知，最大初动能不同，则遏止电压不同；同一种单色光照射，入射光的强度相同，所以饱和光电流相同。故选项B 正确。
6．答案BD
解析红光到紫光频率升高，由光电效应方程E km＝hν－W及eU c＝E km知遏止电压U c与光电子最大初动能有关，由入射光的频率和金属材料决定，与入射光的
强度无关，故B、D正确。
7．答案 D
解析根据光的波粒二象性，光同时具有波动性和粒子性，A错误；光不同于宏观观念的粒子和波，故B错误；光的波动性是光本身固有的性质，不是光子之间互相作用引起的，C错误；光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是反映波动特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系，光子说并未否定波动说，故D正确。
8．答案ACD
解析电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样，可以说明电子是一种波，故选项A正确；β射线在云室中穿过会留下清晰的径迹，可以说明β射线是一种粒子，故选项B错误；人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构，中子衍射说明中子是一种波，故选项C正确；人们利用电子显微镜观测物质的微观结构，利用了电子束的衍射现象，说明电子束是一种波，故选项D正确。
9．答案 C
解析由光电效应实验规律知A、B错误，A光照射光电管时，光电子从阴极射出，光电子从b流过电流表G到a的，所以电流方向是a流向b，而且流过电流表G的电流大小取决于光的入射强度，与光照时间的长短无关，故C正确，D 错误。
10．答案 D
解析金属的逸出功是由金属自身决定的，与入射光频率无关，其大小W＝hν0，故A错误；根据爱因斯坦光电效应方程E km＝hν－W，可知光电子的最大初动能E km与入射光的强度无关，只要入射光的频率不变，则光电子的最大初动能不变，故B错误；要有光电子逸出，则光电子的最大初动能E km＞0，即只有入射光的频率大于金属的极限频率即ν＞ν0时才会有光电子逸出，故C错误；根据方程
E km＝hν－W，可知ΔE km
Δν＝h，故D正确。
11．答案 B
解析根据爱因斯坦光电效应方程E k＝hν－W0，可知光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象的斜率k＝h，所以两条图线的斜率一定相等，α和β一定相等，选项A错误；由E k＝hν－W0可知，若增大入射光的频率ν，则产生的
光电子的最大初动能增大。由eU c ＝E k ，可知若增大入射光频率ν，则所需的遏止电压U c 将增大，选项B 正确；光电子的最大初动能E k 与入射光频率ν的关系图象与横轴的截距等于金属的逸出功W 0与普朗克常量h 的比值，由图象可知甲的逸出功较小，因此某一频率的光可以使乙金属发生光电效应，则一定能使甲金属发生光电效应，选项C 错误；根据光电效应规律，若不改变入射光频率ν，而增加入射光的强度，则光电子的最大初动能不变，选项D 错误。
12．答案 B
解析 由爱因斯坦光电效应方程可知，U c ＝hνe －W 0e ，知题图乙图线的斜率U 1ν1
＝h e ，则普朗克常量h ＝eU 1ν1
，该金属的逸出功为W 0＝hν1＝eU 1，选项A 错误，B 正确；电源左端为正极，右端为负极，选项C 错误；每秒内发出的光电子的电荷量为q
＝It ＝10×10－6×1 C ＝10－5 C ，而n ＝q e ，故每秒内至少发出6.25×1013个光电子，
选项D 错误。
13．
【解析】根据光电效应方程，又，所以有，解得；又光子动量，所以A 、B 两种光子的动量之比为1:2.
14．
【答案】J ?s kg ?m 2/s 【解析】解：根据能量子公式E =?γ，知E 的单位是J ，γ的单位是Hz ，即s ?1，可知h 的单位是J ?s 。
1J ?s =1N ?m ?s =1(kg ?m/s 2)m ?s =1kg ?m 2/s 。
故答案为：J ?s ，kg ?m 2/s 。
根据能量子公式E =?γ，结合公式中E 和γ的单位，推导出h 的单位，再用力学基本单位表示。
本题考查h 的单位，关键要结合具体公式进行推导，要掌握力学基本单位，明确各个物理量之间的关系。
15．【答案】解：光子的能量为：?=?c λ=6.63×10?34×3×108
6.4×10J =3.1×10?19J 。 每个脉冲中的光子数目为：n =E ?= 1.5×10?2
3.1×10?19=5×1016个 答：每个脉冲中的光子数目为5×1016个
【解析】根据?=?c λ求出每个光子的能量，结合每个激光脉冲的能量求出每个脉冲中的光子数目。
解决本题的关键知道光子能量与光子波长的关系，计算时注意有效数字的保留。
光的波粒二象性 教案示例 一、教学目标 1．知识目标 （1）了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题． （2）了解波动说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题． （3）了解事物的连续性与分立性是相对的，了解光既有波动性，又有粒子性． （4）了解光是一种概率波． 2．能力目标 培养学生对问题的分析和解决能力，初步建立光与实物粒子的波粒二象性以及用概率描述粒子运动的观念． 3．情感目标 理解人类对光的本性的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程．根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说．人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识光的本性的． 二、重点、难点分析 1、这一章的内容，贯穿一条主线——人类对光的本性的认识的发展过程．结合各节内容，适当穿插物理学史材料是必要的．这种做法不但可使课堂教学主动活泼，内容丰富，还可以对学生进行唯物辩证思想教育．本节就课本内容，十分简单，学生学起来十分枯燥．课本所提到的内容，都是结论性的，加入一些史料不仅可能而且必要． 2、本节中学生初步接触量子化、二象性、概率波等概念，由于没有直接的生活经验，所以在教学中要重点让学生体会这些概念． 三、主要教学过程 光学现象是与人类的生产和日常生活密切相关的．人类在对光学现象、规律的研究的同时，也开始了对光本性的探究． 到了17世纪，人类对光的本性的认识逐渐形成了两种学说．
（一）光的微粒说 一般，人们都认为牛顿是微粒说的代表，牛顿于1675年曾提出：“光是一群难以想象的细微而迅速运动的大小不同的粒子”，这些粒子被发光体“一个接一个地发射出来”．用这样的观点，解释光的直进性、影的形成等现象是十分方便的． 在解释光的反射和折射现象时，同样十分简便．当光射到两种介质的界面时，要发生反射和折射．在解释反射现象时，只要假设光的微粒在与介质作用时，其相互作用，使微粒的速度的竖直分量方向变化，但大小不变；水平分量的大小和方向均不发生变化（因为在这一方向上没有相互作用），就可以准确地得出光在反射时，反射角等于入射角这一与实验事实吻合的结论． 说到折射，笛卡儿曾用类似的假设，成功地得出了入射角正弦与折射角正弦之比为一常数的结论．但当光从光疏介质射向光密介质时，发生的是近法线折射，即入射角大，折射角小．这时，必须假设光在光密介质的传播速度较光在光疏介质中的传播速度大才行． 一束光入射到两种介质界面时，既有反射，又有折射．何种情况发生反射，何种情况下又发生折射呢？微粒说在解释这一点时遇到了很大的困难．为此，牛顿提出了著名的“猝发理论”．他提出：“每一条光线在通过任何折射面时，便处于某种为时短暂的过渡性结构和状态之中．在光线的前进过程中，这种状态每隔相等的间隔（等时或等距）内就复发一次，并使光线在它每一次复发时，容易透过下一个折射面，而在它（相继）两次复发之间容易被这个面所反射”，“我将把任何一条光线返回到倾向于反射（的状态）称它为‘容易反射的猝发’，而把它返回到倾向于透射（的状态）称它为‘容易透射的猝发’，并且把每一次返回和下一次返回之间所经过的距离称它为‘猝发的间隔’”．如果说“猝发理论”还能解释反射和折射的话，那么，以微粒说解释两束光相遇后，为何仍能沿原方向传播这一常见的现象，微粒说则完全无能为力了． （二）光的波动说 关于光的本性，当时还存在另一种观点，即光的波动说．认为光是某种振动，以波的形式向四周围传播．其代表人物是荷兰物理学家惠更斯．他认为，光是由发光体的微小粒子的振动在弥漫于一切地方的“以太”介质中传播过程，而不是像微粒说所设想的像子弹和箭那样的运动．他指出：“假如注意到光线向各个方向以极高的速度传播，以及光线从不同的地点甚至是完全相反的地方发出时，光射线在传播中一条光线穿过另一条光线而相互毫不影响，就能完全明白这一点：当我们看到发光的物体时，决不可能是由于从它所发生的物质，像穿过空气的子弹和箭一样，通过物质迁移所引起的”．他把光比作在水面上投入石块时产生的同心圆状波纹．发光体中的每一个微粒把振动，通过“以太”这种介质向周围传播，发出一组组同心的球面波．波面上的每一点，又可以此点为中心，再向外传播子波．当然，这样的观点解释同时发生反射和折射，比微粒说的“猝发理论”方便得多，以水波为例，水波在传播时，反射与折射可以同时发生．一列水波在与另一列水波相遇时，可以毫无影响的相互通过．
第四章原子结构和波粒二象性 1. 普朗克黑体辐射理论................................................................................................. - 1 - 2. 光电效应 .................................................................................................................... - 1 - 3．原子的核式结构模型.............................................................................................. - 15 - 4. 氢原子光谱和玻尔的原子模型............................................................................... - 26 - 5. 粒子的波动性和量子力学的建立........................................................................... - 39 - 章末复习提高................................................................................................................ - 47 - 1. 普朗克黑体辐射理论 2. 光电效应 一、能量量子化 1．黑体辐射 (1)随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 (2)维恩和瑞利的理论解释 ①建立理论的基础：依据热力学和电磁学的知识寻求黑体辐射的理论解释。 ②维恩公式：在短波区与实验非常接近，在长波区则与实验偏离很大。 ③瑞利公式：在长波区与实验基本一致，但在短波区与实验严重不符，由理论得出的荒谬结果被称为“紫外灾难”。 2．能量子 (1)普朗克的假设 组成黑体的振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的整数倍。即能的辐射或者吸收只能是一份一份的。这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。 (2)能量子公式 ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。 h＝6.626×10－34 J·s。(一般取h＝6.63×10－34J·s) (3)能量的量子化 微观粒子的能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。这种现象叫能量的量子化。
关于波粒二象性的理解与展望 摘要：本文从光电效应出发，阐述了波粒二象性的提出及近些年来对波粒二象性的一些实验等方面进行叙述，以求对波粒二象性的认识。 关键词：波粒二象性 Which—Way实验波粒二象性的同时观察 正文： 光学是一门古老的基础学科，人们对光本性的认识经历了漫长而曲折的过程。一方而人们通过光的衍射、干涉等现象认识到光具有波动性，另一方而人们在对光电效应及黑体辐射等实验现象的解释中发现又必需把光当成一种粒子。从经典物理的角度来看，光的这两种不同的特性属于两个完全不同的概念。然而，爱因斯坦却把光的波动性和粒子性统一了起来，提出了光的波粒二象性。 1.波粒二象性的提出 1887年，光电效应被德国物理学家赫兹发现，这种特殊的光效应令波动说与粒子说都陷入了一种尴尬的境地。首先，虽然光的波动说在当时已经成为主流，但波动说完全无法解释光电效应现象。另一方面，一直以来都能解释波动说无法解释的光学现象的粒子说也只能对光电效应做出部分解释，虽然根据粒子说理论，可以认为光电效应中的电子是被光的粒子撞击出去的，但为什么蓝光可以引发光电效应而红光不能，这点连粒子说也无法解释。可以说，光电效应令两派学说同时面临瓶颈。 1905年为了解释光电效应，爱因斯坦受到普朗克能量子假说的启发，提出了光量子的假说。他在著名论文《关于光的产生和转化的一个试探性的观点》一文中总结分析了在光学发展中“微粒说”和“波动说”长期争论的历史，指出了经典理论存在的困难，他认为只有把光的能量也看成是不连续分布，而是一份一份地集中在一起，就能对光电效应做出合理的解释说明。这样爱因斯坦发展了普朗克的能量子的概念，创造性地提出了光量子（即光子）的概念，并把它用之于光的发射和转化上，光子的能量为E=hν，其中ν为光的频率，这样能很合理地解释光电效应等现象。 在1917年，爱因斯坦又指出光子不仅有能量，而且还具有动量，其中动量 p=h 或者p=hk 式中波矢k=2π λ ，这样就把标志波动性质的频率ν和波长λ通过一个普适常量——
波粒二象性 一、选择题(1～8题为单项选择题，9～14题为多项选择题) 1．如图1所示，当弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成明暗相间的条纹，同时与锌板相连的验电器铝箔有张角，则该实验() 图1 A．只能证明光具有波动性 B．只能证明光具有粒子性 C．只能证明光能够发生衍射 D．证明光具有波粒二象性 2．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。改为频率为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 3．在光电效应实验中，用同一种单色光，先后照射锌和银的表面，都能发生光电效应。对于这两个过程，下列四个物理过程中，一定相同的是() A．遏止电压B．饱和光电流 C．光电子的最大初动能D．逸出功 4．当具有5.0 eV的光子射到一金属表面时，从金属表面逸出的电子具有的最大初动能为1.5 eV，为了使这种金属产生光电效应，入射光子的能量必须不小于() A．1.5 eV B．2.5 eV C．3.5 eV D．5.0 eV 5．关于光电效应，下列说法正确的是() A．极限频率越大的金属材料逸出功越大 B．只要光照射的时间足够长，任何金属都能产生光电效应 C．从金属表面逸出的光电子的最大初动能越大，这种金属的逸出功越小 D．入射光的光强一定时，频率越高，单位时间内逸出的光电子数就越多 6．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E k 随入射光频率ν变化的E k－ν图象。已知钨的逸出功是3.28 eV，锌的逸出功是3.34 eV，若将二者的图线画在同一个E k－ν坐标系中，如图所示，用实线表示钨，虚线表示锌，则正确反映这一过程的是() 7．当加在光电管两极间的正向电压足够高时，光电流将达到饱和值，若想增大饱和光电流，应采取的有效办法是()
第三节光电效应波粒二象性 [学生用书P243]) 一、黑体和黑体辐射 任何物体都具有不断辐射、吸收、发射电磁波的本领．辐射出去的电磁波在各个波段是不同的，也就是具有一定的谱分布．这种谱分布与物体本身的特性及其温度有关，因而被称之为热辐射．为了研究不依赖于物质具体物性的热辐射规律，物理学家们定义了一种理想物体——黑体，以此作为热辐射研究的标准物体． 二、光电效应 1．定义：在光的照射下从物体发射出电子的现象(发射出的电子称为光电子)． 2．产生条件：入射光的频率大于极限频率． 3．光电效应规律 (1)存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多． (2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关．当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应． (3)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9 s. 1.判断正误 (1)我们周围的一切物体都在辐射电磁波．() (2)光子和光电子都是实物粒子．() (3)能否发生光电效应取决于光的强度．() (4)光电效应说明了光具有粒子性，证明光的波动说是错误的．() (5)光电子的最大初动能与入射光的频率有关．() (6)逸出功的大小与入射光无关．() 答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√(6)√ 三、光电效应方程 1．基本物理量 (1)光子的能量ε＝hν，其中h＝6.626×10－34 J·s(称为普朗克常量)． (2)逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值． (3)最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸
用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明() A．光只有粒子性没有波动性 B．光只有波动性没有粒子性 C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性
2．实物粒子也具有波动性，只是因其波长太小，不易观察到，但并不能否定其具有波粒二象性。关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是() A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性 B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道 C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的 D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性
3．电子属于实物粒子，1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。如图所示是该实验装置的简化图，下列说法正确的是 () A．亮条纹是电子到达概率大的地方 B．该实验说明物质波理论是正确的 C．该实验再次说明光子具有波动性 D．该实验说明实物粒子具有波动性
(2016·宁波期末)一个德布罗意波波长为λ1的中子和另一个德布罗意波波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为 A． λ1λ2 λ1＋λ2B． λ1λ2 λ1－λ2 C ．λ1＋λ2 2D． λ1－λ2 2
1．(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．光只有波动性没有粒子性
高考物理近代物理知识点之波粒二象性难题汇编及答案 一、选择题 1．氢原子能级关系如图，下列是有关氢原子跃迁的说法，正确的是 A ．大量处于n =3能级的氢原子，跃迁时能辐射出2种频率的光子 B ．用n =2能级跃迁到n =1能级辐射出的光子照射逸出功为4.54eV 的金属钨能发生光电效应 C ．用能量为10.3eV 的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到n =2能级 D ．氢原子从n =3能级向基态跃迁时，辐射出的光子能量为1.51eV 2．下列说法正确的是( ) A ．只要光照射的时间足够长，任何金属都能发生光电效应 B ．一群氢原子从4n =能级跃迁到基态时，能发出6种频率的光子 C ．比结合能越大，原子核越不稳定 D ．核反应 238234 492 902U Th He →+为重核裂变 3．三种不同的入射光线甲、乙、丙分别照射在三种不同的金属a 、b 、c 上，均恰能使金属中逸出光电子。已知三种光线的波长λ甲>λ乙>λ丙，则( ) A ．用入射光甲照射金属b ，可能发生光电效应 B ．用入射光乙照射金属c ，一定发生光电效应 C ．用入射光甲和乙同时照射金属c ，可能发生光电效应 D ．用入射光乙和丙同时照射金属a ，一定发生光电效应 4．如图所示为光电管的示意图，光照时两极间可产生的最大电压为0.5V 。若光的波长约为6× 10－7m ，普朗克常量为h ，光在真空中的传播速度为c ，取hc=2×10－25J·m ，电子的电荷量为1.6× 10－19C ，则下列判断正确的是 A ．该光电管K 极的逸出功大约为2.53×10－19J B ．当光照强度增大时，极板间的电压会增大
波粒二象性 波粒二象性示意圖說明，從不同角度觀察同樣一件物體，可以看到兩種迥然不同的圖樣。 在量子力學裏，微观粒子有时會显示出波动性（这时粒子性較不显著），有时又會显示出粒子性（这时波动性較不显著），在不同条件下分别表现出波动或粒子的性质。這種量子行為稱為波粒二象性（英语：wave-particle duality），是微观粒子的基本属性之一。[1]:105-106 波粒二象性指的是微觀粒子顯示出的波動性與粒子性。這是量子力學的基要概念，是專門針對古典概念無法完整描述量子物體的物理行為而提出的假說。標準的量子力學詮釋將這佯謬解釋為宇宙的基礎性質，而其它種詮釋可能會有標新立異的論述。本條目主要採用的是學術界廣泛認可的哥本哈根詮釋來解釋量子行為。採用這種詮釋，波粒二象性是更廣義的互補性概念的一方面，即量子現象可以用一種方法或另外一種共軛方法來觀察，但不能同時用兩種相互共軛的方法來觀察。[2]:242, 375-376 目录 1 理論概述 2 “波”和“粒子”的数学关系 3 历史 4 發展里程碑 4.1 惠更斯、牛顿 4.2 杨、费涅尔、麦克斯韦、赫茲 4.3 普朗克黑體輻射定律 4.4 爱因斯坦與光子 4.5 德布羅意與物質波 4.6 海森堡不確定性原理 5 大尺寸物體的波動行為 6 應用 7 參閱 8 註釋 9 參考文獻
理論概述 在古典力学裏，研究对象总是被明确区分为「纯」粒子和「纯」波动。前者组成了我们常说的「物质」，後者的典型例子則是光波。波粒二象性解决了这个「纯」粒子和「纯」波动的困扰。它提供了一个理论框架，使得任何物质有時能够表现出粒子性质，有時又能够表现出波動性质。量子力学认为自然界所有的粒子，如光子、电子或是原子，都能用一个微分方程，如薛定谔方程来描述。这个方程的解即为波函数，它描述了粒子的状态。波函数具有叠加性，它们能够像波一样互相干涉。同时，波函数也被解释为描述粒子出现在特定位置的机率幅。这样，粒子性和波动性就统一在同一个解释中。[註 1] 之所以在日常生活中观察不到物体的波动性，是因为他們皆质量太大，导致德布罗意波长比可观察的極限尺寸要小很多，因此可能发生波动性质的尺寸在日常生活经验范围之外。这也是为什么经典力学能够令人满意地解释“自然现象”。反之，对于基本粒子来说，它们的质量和尺寸局限於量子力学所描述的範圍之內，因而与我们所习惯的图景相差甚远。 “波”和“粒子”的数学关系 物质的粒子性由能量和动量刻画，波的特徵则由频率和波长表达，这两组物理量由普 朗克常数联系在一起： 历史 托马斯·杨做雙縫實驗得到的干涉圖樣。 在十九世纪後期，日臻成熟的原子论逐渐盛行，根据原子理论的看法，物质都是由微小的粒子——原子构成，例如，約瑟夫·汤姆孙的阴极射线实验证實，電流是由被称为电子的粒子所组成。在那時，物理學者認为大多数的物质是由粒子所组成。与此同时，波动论已经被相当深入地研究，包括干涉和衍射等现象。由於光波在楊氏雙縫實驗、夫琅禾费衍射實驗中所展现出的特性，明显地说明它是一种波动。 不过在二十世纪来临之时，这些观点面临了一些挑战。1905年，阿爾伯特·愛因斯坦對於光 电效应用光子的概念來解释，物理學者开始意识到光波具有波動和粒子的双重性质。1924年，路易·德布羅意提出“物质波”假说，他主張，「一切物质」都具有波粒二象性，即具有波動和粒子的双重性质。根据德布罗意假说，电子是應該会具有干涉和衍射等波动现象。1927年，
人教版高二物理选修3-5第十七章波粒二象性精选习题（含答案） 1.关于光电效应有如下几种叙述，其中叙述不正确的是（） A．对任何一种金属都存在一个“极限频率”，入射光的频率必须大于这个频率，才能产生光电效应B．光电流强度与入射光强度的有关 C．用不可见光照射金属一定比可见光照射金属产生的光电子的初动能要大 D．光电效应几乎是瞬时发生的 2.（多选题）如图所示是用光照射某种金属时逸出的光电子的最大初动能随入射光频率的变化图线，（直线与横轴的交点坐标4.27，与纵轴交点坐标0.5），由图可知（） A．该金属的截止频率为4.27×1014Hz B．该金属的截止频率为5.5×1014Hz C．该图线的斜率表示普朗克常量 D．该金属的逸出功为0.5eV 3.通过学习波粒二象性的内容，你认为下列说法符合事实的是（） A．宏观物体的物质波波长非常小，极易观察到它的波动性 B．光和电子、质子等实物粒子都具有波粒二象性 C．康普顿效应中光子与静止的电子发生相互作用后，光子的波长变小了 D．对于任何一种金属都存在一个“最大波长”，入射光的波长必须大于这个波长，才能产生光电效应 4.氢原子的能级如图所示．氢原子从n=4能级直接向n=1能级跃迁所放出的光 子，恰能使某金属产生光电效应，下列判断正确的是（） A．氢原子辐射出光子后，氢原子能量变大 =12.75eV B．该金属的逸出功W o C．用一群处于n=3能级的氢原子向低能级跃迁时所发出的光照射该金属，该金 属仍有光电子逸出 D．氢原子处于n=1能级时，其核外电子在最靠近原子核的轨道上运动 5.用一束紫外线照射某金属时不能产生光电效应，可能使该金属产生光电效应的措施是（） A．改用红光照射B．改用X射线照射 C．改用强度更大的原紫外线照射D．延长原紫外线的照射时间 6.（多选题）一含有光电管的电路如图甲所示，乙图是用a、b、c光照射光电管得到的I﹣U图线，U c1、U 表示截止电压，下列说法正确的是（） c2 A．甲图中光电管得到的电压为正向电压 B．a、b光的波长相等 C．a、c光的波长相等 D．a、c光的光强相等 7.（单选）一束绿光照射某金属发生了光电效应，对此，以下
光的波粒二象性 作为被列入世界上十大经典物理实验之一的双缝实验，让很多物理学家和科学家们伤透脑筋。双缝实验是一种光学实验，大家一起往下看吧。 在量子力学里，双缝实验是一种演示光子或电子等等微观物体的波动性与粒子性的实验。双缝实验是一种“双路径实验”。在这种更广义的实验里，微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径，从初始点抵达最终点。 这两条路径的程差促使描述微观物体物理行为的量子态发生相移，因此产生干涉现象。另一种常见的双路径实验是马赫-曾德尔干涉仪实验。双缝实验还被列入了世界十大经典物理实验之中，但是有人却认为双缝实验十分的难以理解。如果电子是互不干涉地运动，穿过双缝落到黑板上是两道痕迹。如果电子是以波的形式运动，由于波之间存在干涉，穿过双缝落到黑板上是一道道痕迹。一开始实验表明电子以波的形式运动。即使一个个电子发射，黑板上还是一道道痕迹。于是科学家想知道为什么一个个电子发射也会有波的现象，于是将高速摄像机对准双缝以便观察。重点来了：当想进一步观察时，粒子却是是互不干涉地运动，穿过双缝落到黑板上是两道痕迹!!!双缝实验，著名光学实验，在1807年，托马斯·杨总结出版了他的《自然哲学讲义》，里面综合整理了他在光学方面的工作，并在里面第一次描述了双缝实验：把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面，这样就形成了一个点光源(从一个点发出的光源)。现在在纸后面再放一张纸，不同的是第二张纸上开了两道平行的狭缝。从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上，就会形成一系列明、暗交替的条纹，这就是现在众人皆知的双缝干涉条纹。 试验本身没什么问题，证明了光有波粒二象性，但是科学家们想观察清楚如何会这样，于是他们在微观层面上来观察，架设高速摄像机，观察光子是如何一个一个通过缝隙形成波干涉的，这时候神奇的事情出现了，光子波的特性消失了!又变成人类最容易理解的粒子，只出现了两条条纹。这才引出了超级可怕和诡异的电子双缝干涉实验和后来石破天惊的的“延迟选择实验”，给整个人类带来了前所未有的思想冲击。单光子双缝干涉实验现在有一种仪器，每次只发射出一个光子，这时如果遮板上仍然有两个缝隙A和B(遮板与上述传统实验一样)。依照传统理论，该光子每次有且仅有以下三种情况中的一种：被遮板挡住、通过A缝、通过B缝。 因为要观察投射面的光斑分布，所以不必考虑第一种情况。也就是说，只要光子通过了遮板，要么从A缝通过，要么从B缝通过。按照这种传统理论推导，在投射面会形
第十七章：波粒二象性 一、黑体辐射规律 1、黑体：只吸收外来电磁波而不反射的理想物体 2、黑体辐射的特点 黑体的辐射强度按波长分布只与温度有关，与物体的材料和表面形 状无关（一般物体的辐射强度按波长分布除与温度有关外，还与物 体的材料、表面形状有关）； 3、黑体辐射规律： ① 随着温度的升高，任意波长的辐射强度都加强 ② 随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长减小的方向进行； 4、普朗克的量子说： 透过黑体辐射规律，普朗克认为：电磁皮的辐射和吸收，是不连续的，而是一份一份地进行的，每份叫一个能量子，能量为γεh =。爱因斯坦受其启发，提出了光子说：光的传播和吸收也是一份一份地进行的，每一份叫一个光子，其能量为νεh = 二、光电效应：说明了光具有粒子性，同时说明了光子具有能量 1、光电效应现象 紫外光照射锌板，锌板的电子获得足够的光子能量，挣脱金 属正离子引力，脱离锌板成为光电子；锌板因失去电子而带上 正电，于是与锌板相连的验电器也带上正电，金属箔张开。 2、实验原理电路图
3、规律： ① 存在饱和电流 饱和电流：在光电管两端加正向电压时，单位时间到达阳极A 的光 电子数增多，光电流越大；但当逸出的光电子全部到达阳极后，再 增加正向电压，光电流就达到最大饱和值，称为饱和电流。 ② 存在遏止电压 在光电管两端加反向电压时，单位时间内到达阳极A 的光电子数减少，光电流减小；当反射电压达到某一值U C 时，光电流减小为零，U C 就叫“遏止电压”。 ③ 存在截止频率 a 、 截止频率的定义：任何一种金属都有一个极限频率ν0，入射光的频率低于 “极限频率”ν0时，无论入射光多强，都不能发生光电效应，这个极限频率称为 截止频率。 b 、“逸出功”定义：电子从金属表面脱离金属所需克服金属正离子的引力所做的最小功。 要发生光电效应，入射光的能量（h ν）要大于 “逸出功（W ）” 即： 00W hv = ④ 光电效应的“瞬时性”——因光电效应发生的时间，即为一个光子与一个电子能量交换 的时间，所以不管光强度如何，发生光电效应的时间极短，不超过10-9 s 。 4、爱因斯坦的光电效应方程： 光电子的最大初动能等于入射光光子的能量减逸出功 即：W h E K -=ν 可见“光电子的最大初动能”与入射光的强度无关，只与入射光频率有关，图象如下图
第二节光的波粒二象性 教学目标： 一、知识目标 1.了解事物的连续性与分立性是相对的； 2.了解光既具有波动性，又具有粒子性； 3.了解光是一种概率波。 二、能力目标 1.能自己举出实例理解连续性与分立性是相对的； 2.能通过日常和实验事例理解概率的意义； 3.能领会课本的实验意义。 三、德育目标 通过这节课的学习，领会实验是检验真理的唯一标准；体会我们唯有敢于打破旧的传统的经验才能有所创新、有所发现。 教学重点：1.光具有波粒二象性；2.光是一种概率波。 教学难点：1.概率概念；2.光波是概率波。 教学方法：在学生阅读课文及《康普顿效应》材料的基础上对分立性和连续性、概率、光波是概率波等问题展开课堂讨论，由学生回答课本提出的问题，最后由教师归纳，统一认识。 教学过程： 一、引言：干涉和衍射现象说明了光具有波动性。而光电效应现象又无可辩驳地证明了光具有粒子性，这使人们感到困惑，光的面目究竟是什么样的？我们好象很难在脑子里描绘出光既是粒子又是波的图景。所以这一节课我们将继续学习关于光是什么的课题光的波粒二象性。 二、布置学生阅读课本，同时思考课本中的“思考与讨论”及练习二的（1）、（2）、（3）。 三、课堂讨论： （一）、光的波粒二象性
1.光的波动性和粒子性的实验基础。 2.分立与连续是相对的 老师问：谁能仿照课本的例子举例说明分立性与连续性是相对的？ 例子： a.在地上撒一把米，这些米看起来是分立的，如果直接倒 几筐米组成米堆时，测一堆米的体积可以认为它是连续的。 b.下雨天，一开始是雨点，是分立的，下大了以后，就变 成连续的了。 c.课本中的实验，当曝光量很少时，在胶片上是一个一个 的点，这时光看起来是分立的；曝光量多的时候就变成亮带了， 这时又是连续的。 引导学生回答出：当通过狭缝的光很少时，这时它们就像撒在地上的一把米，表现出粒子性；当曝光量很大时表现出连续性。 说明：当曝光量很大时出现的干涉亮条纹的地方和利用机械波的干涉公式计算的结果刚好又是相符的，正是某种波通过双缝后发生 干涉时振幅加强的区域。故说明光是一种波，具有波动性。 教师归纳：少量光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性。 3.概率概念 教师：我们现在来讨论概率的意义，概率表征某一事物出现的可能性。 让我们来看看课本的思考题，你们能否举例说明有些事件个别出现时看不出什么规律，而大量出现时则显示出一定的规律性？ 例子： 在热学中研究分子热运动的速率。温度升高时，不一定每一个分子运动的速率都增大，每个分子速率的变化没规律，但多数分子的速率在某一个值附近。随着温度的升高这一值会向速率大的方向移动。也就是说，个别分子的运动是完全无规律的，但对大量分子所做的统计分析却表现出一种规律概率规律。 教师引导回到课本上来：当曝光量很大时，实验就得到了丁图，那
量子力学 题目: 专题理解：波粒二象性 学生姓名 专业 学号 班级 指导教师 成绩 工程技术学院 2016 年 1 月
专题理解：波粒二象性 前言： 波粒二象性（wave-particle duality）是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。在量子力学里，微观粒子有时会显示出波动性（这时粒子性较不显著），有时又会显示出粒子性（这时波动性较不显著），在不同条件下分别表现出波动或粒子的性质。这种量子行为称为波粒二象性，是微观粒子的基本属性之一。但从经典物理学的观点来看，“微粒”和“波”是相互排斥的概念，或者说“波”与“微粒”是两种截然对立的存在。一个东西要么是波，要么是微粒，即“非此即彼”。那么究竟自由理解波粒二象性呢？通过对量子力学课程的学习以及查阅相关资料，我对其有了更深的理解并做了以下整理与总结。 一、波粒二象性理论的发展简述 较为完全的光理论最早是由克里斯蒂安·惠更斯发展成型，他提出了一种光波动说。稍后，艾萨克·牛顿提出了光微粒说。光的波动性与粒子性的争论从未平息。十九世纪早期，托马斯·杨完成的双缝实验确切地证实了光的波动性质。到了十九世纪中期，光波动说开始主导科学思潮，因为它能够说明偏振现象的机制，这是光微粒说所不能够的。同世纪后期，詹姆斯·麦克斯韦将电磁学的理论加以整合，提出麦克斯韦方程组。应用电磁波方程计算获得的电磁波波速等于做实验测量到的光波速度。麦克斯韦于是猜测光波就是电磁波。1888年，海因里希·赫兹做实验发射并接收到麦克斯韦预言的电磁波，证实麦克斯韦的猜测正确无误。从这时，光波动说开始被广泛认可。 为了产生光电效应，光频率必须超过金属物质的特征频率，称为其“极限频率”。根据光波动说，光波的辐照度或波幅对应于所携带的能量，因而辐照度很强烈的光束一定能提供更多能量将电子逐出。然而事实与经典理论预期恰巧相反。1905年，爱因斯坦对于光电效应给出解释。他将光束描述为一群离散的量子，现称为光子，而不是连续性波动。从普朗克黑体辐射定律，爱因斯坦推论，组成光束的每一个光子所拥有的能量等于频率乘以一个常数，即普朗克常数，他提出了“爱因斯坦光电效应方程”。1916年，美国物理学者罗伯特·密立根做实验证实了爱因斯坦关于光电效应的理论。物理学者被迫承认，除了波动性质以外，光也具有粒子性质。 在光具有波粒二象性的启发下，法国物理学家德布罗意在1924年提出一个“物质波”假说，指出波粒二象性不只是光子才有，一切微观粒子，包括电子和质子、中子，都有波粒二象性。他把光子的动量与波长的关系式p=h/λ推广到一切微观粒子上，指出：具有质量m 和速度v 的运动粒子也具有波动性，这种波的波长等于普朗克恒量h 跟粒子动量mv 的比，即λ= h/（mv）。这个关系式后来就叫做德布罗意公式。根据德布罗意假说，电子是应该会具有干涉和衍射等波动现象。1927年，克林顿·戴维森与雷斯特·革末设计与完成的戴维森-革末实验成功证实了德布罗意假说。 2015年瑞士洛桑联邦理工学院科学家成功拍摄出光同时表现波粒二象性的照片。
波粒二象性知识点总结 一：黑体与黑体辐射 1．热辐射 (1)定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。 (2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。 2．黑体 (1)定义：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。如果一些物体能够完全吸收投射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物 体就是绝对黑体，简称黑体。 (2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑 体的温度有关。 注意：一般物体的热辐射除与温度有关外，还与材料的种类及 表面状况有关。 二：黑体辐射的实验规律 如图所示，随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都 有增加；另—方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 三：能量子 1．能量子：带电微粒辐射或吸收能量时，只能是辐射或吸收某 个最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小能量值E叫做能量子。 2．大小：E=hν。 其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量，h=6．626x10—34J·s(—般h=6.63x10—34J·s)。四：拓展： 1、对热辐射的理解 （1）．在任何温度下，任何物体都会发射电磁波，并且其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同，这是热辐射的一种特性。
在室温下，大多数物体辐射不可见的红外光；但当物体被加热到5000C左右时，开始发出暗红色的可见光。随着温度的不断上升，辉光逐渐亮起来，而且波长较短的辐射越来越 多，大约在1 5000C时变成明亮的白炽光。这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高。 （2）．在一定温度下，不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同。例如，将钢加热到约800℃时，就可观察到明亮的红色光，但在同一温度下，熔化的水晶却不辐射可见光。 （3）热辐射不需要高温，任何温度下物体都会发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。2、2.什么样的物体可以看做黑体（1）．黑体是一个理想化的物理模型。 (2）．如图所示，如果在一个空腔壁上开—个很小的孔，那么射人 小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔 射出。这个空腔近似看成一个绝对黑体。 注意：黑体看上去不一定是黑色的，有些可看做黑体的物体由于 自身有较强的辐射，看起来还会很明亮。如炼钢炉口上的小孔。 3、普朗克能量量子化假说 （1）．如图所示，假设与实验结果“令人满意地相符”， 图中小圆点表示实验值，曲线是根据普朗克公式作出的。 （2）．能量子假说的意义 普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全 新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗 克常量h 是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的 基本特征，架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁。 注意：物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。 二、光电效应现象
对波粒二象性的理解与认识 摘要:光的波粒二象性被发现之后,德布罗意由此得到启发,大胆地把这二象性推广 到物质客体上去,提出了实物粒子也具有波粒二象性的理论。本文结合所学知识，通过对波粒二象性发展的简单梳理，阐述了目前自己对其的理解与认识。 引言 量子论和相对论是近代物理学的两大支柱, 两者都改变了人们对物质世界的根 本认识并对20世纪的科学技术、生产实践起到了决定性的推动作用。相对论以相对时空观取代源于常识的绝对空观, 量子力学则用以物质粒子的波粒二象性为基础的 概率来描述物质粒子的行为, 使物质粒子的行为具有了神秘的不确定性。经过课本 上的知识的学习，我进行了进一步的了解总结与思考。 1.光的波粒二象性 光究竟是粒子还是波？这个问题涉及对光的本性的不同认识。1672年,牛顿向英国皇家学会递交了一篇《关于光和色的新理论》的论文。他认为光是由许多机械微粒组成的,提出了光的微粒说。19世纪托马斯·扬和其他一些人决定性的证明了, 光的粒子理论是错误的。他们认为,光更应该是一种波。关于波,我们熟悉的一种特性是,干涉。托马斯·扬利用他的著名的双缝实验装置制造出两个光波源, 并观察到光也 有类似的干涉图案。这样,在19世纪下半叶，光的波动说占了统治地位。 但是,没有过多久,19世纪末进行的一些实验,发现了一些新的实验现象,不能用光 的波动理论解释。这些实验里面最著名的就是光电效应和康普顿效应,。而爱因斯坦在普朗克的量子假说基础上提出的光量子假说，对光电效应成功地解释,又复兴了以前的光的粒子论。但这一次并没有否定波动说, 而是由此得出了光的波粒二象性的 结论。 2.物质波 1923 年, 德布罗意在光有波粒二象性的启示下, 提出实物粒子也具有波动性的 假说。德布罗意认为, 任何运动着的物体都伴随着一种波动, 而且不可能将物体的运动和波的传播分开, 这种波称为相位波。存在相位波是物体的能量和动量同时满足 量子条件和相对论关系的必然结果。后来薛定愕解释波函数的物理意义时称为,物 质波,。 德布罗意的物质波理论是在没有得到任何已知事实支持的情况下提出来的, 所 以还只能是一种假说。1 927 年初, 戴维孙和革末通过电子束在镍单晶体表面上散射的实验，观察到了和X射线衍射类似的电子衍射图像，首先证实了德布罗意假说的正确性。同年G. P. 汤姆逊用多晶体薄膜做电子衍射实验，也观察到了和X射线衍射类似的电子衍射图像，实验观测和由德布罗意理论得到的结果非常一致, 这充分证明 了电子具有波动性, 再一次用无可辩驳的事实向人们展示了德布罗意理论是正确的。 以后, 人们通过实验又观察到原子、分子等微观粒子都具有波动性。实验证明了物质具有波粒二象性, 不仅使人们认识到德布罗意的物质波理论是正确的, 而且为
光的波粒二象性 一、教学目标 1．知识目标 （1）了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题． （2）了解波动说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题． （3）了解事物的连续性与分立性是相对的，了解光既有波动性，又有粒子性． （4）了解光是一种概率波． 2．能力目标 培养学生对问题的分析和解决能力，初步建立光与实物粒子的波粒二象性以及用概率描述粒子运动的观念． 3．情感目标 理解人类对光的本性的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程．根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说．人类就是这样通
过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识光的本性的． 二、重点、难点分析 1、这一章的内容，贯穿一条主线——人类对光的本性的认识的发展过程．结合各节内容，适当穿插物理学史材料是必要的．这种做法不但可使课堂教学主动活泼，内容丰富，还可以对学生进行唯物辩证思想教育．本节就课本内容，十分简单，学生学起来十分枯燥．课本所提到的内容，都是结论性的，加入一些史料不仅可能而且必要． 2、本节中学生初步接触量子化、二象性、概率波等概念，由于没有直接的生活经验，所以在教学中要重点让学生体会这些概念． 三、主要教学过程 光学现象是与人类的生产和日常生活密切相关的．人类在对光学现象、规律的研究的同时，也开始了对光本性的探究． 到了17世纪，人类对光的本性的认识逐渐形成了两种学说． （一）光的微粒说 一般，人们都认为牛顿是微粒说的代表，牛顿于1675年曾提出：“光是一群难以想象的细微而迅速运动的大小不同的粒子”，这些粒子被发光体“一个接一个地发射出来”．用这样的观点，解释光的直进性、影的形成等现象是十分方便的．
【物理学史】5原子物理、波粒二象性（量子初步）（选修3-5） 《波粒二象性（量子初步）》 1、1900年，德国物理学家普朗克为解释物体热辐射规律提出：电磁波的发射和吸收不是连续的，而是一份一份的，把物理学带进了量子世界；受其启发1905年爱因斯坦提出光子说，成功地解释了光电效应规律，因此获得诺贝尔物理奖。 2、1922年，美国物理学家康普顿在研究石墨中的电子对X射线的散射时——康普顿效应，证实了光的粒子性。（说明动量守恒定律和能量守恒定律同时适用于微观粒子） 3、1913年，丹麦物理学家玻尔提出了自己的原子结构假说，成功地解释和预言了氢原子的辐射电磁波谱，为量子力学的发展奠定了基础。 4、1924年，法国物理学家德布罗意大胆预言了实物粒子在一定条件下会表现出波动性； 5、1927年美、英两国物理学家得到了电子束在金属晶体上的衍射图案。电子显微镜与光学显微镜相比，衍射现象影响小很多，大大地提高了分辨能力，质子显微镜的分辨本能更高。 《原子物理学》 1、1858年，德国科学家普里克发现了一种奇妙的射线——阴极射线（高速运动的电子流）。 2、1906年，英国物理学家汤姆生发现电子，获得诺贝尔物理学奖。 3、1913年，美国物理学家密立根通过油滴实验精确测定了元电荷e电荷量，获得诺贝尔奖。 4、1897年，汤姆生利用阴极射线管发现了电子，说明原子可分，有复杂内部结构，并提出原子的枣糕模型。 5、1909－1911年，英国物理学家卢瑟福和助手们进行了α粒子散射实验，并提出了原子的核式结构模型。由实验结果估计原子核直径数量级为10 -15m。 6、1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，并发现了质子。预言原子核内还有另一种粒子，被其学生查德威克于1932年在α粒子轰击铍核时发现，由此人们认识到原子核由质子和中子组成。 7、1885年，瑞士的中学数学教师巴耳末总结了氢原子光谱的波长规律——巴耳末系。 8、1913年，丹麦物理学家波尔最先得出氢原子能级表达式； 9、1896年，法国物理学家贝克勒尔发现天然放射现象，说明原子核有复杂的内部结构。 天然放射现象：有两种衰变（α、β），三种射线（α、β、γ），其中γ射线是衰变后新核处于激发态，向低能级跃迁时辐射出的。衰变快慢与原子所处的物理和化学状态无关。 10、1896年，在贝克勒尔的建议下，玛丽-居里夫妇发现了两种放射性更强的新元素——钋（Po）镭（Ra）。 11、1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核，第一次实现了原子核的人工转变，发现了质子， 并预言原子核内还有另一种粒子——中子。 12、1932年，卢瑟福学生查德威克于在α粒子轰击铍核时发现中子，获得诺贝尔物理奖。 13、1934年，约里奥－居里夫妇用α粒子轰击铝箔时，发现了正电子和人工放射性同位素。 14、1939年12月，德国物理学家哈恩和助手斯特拉斯曼用中子轰击铀核时，铀核发生裂变。63、1942年，在费米、西拉德等人领导下，美国建成第一个裂变反应堆（由浓缩铀棒、控制棒、减速剂、水泥防护层等组成）。 15、1952年美国爆炸了世界上第一颗氢弹（聚变反应、热核反应）。人工控制核聚变的一个可能途径是：利用强激光产生的高压照射小颗粒核燃料。 16、1932年发现了正电子，1964年提出夸克模型； 粒子分三大类：媒介子－传递各种相互作用的粒子，如：光子； 轻子－不参与强相互作用的粒子，如：电子、中微子； 强子－参与强相互作用的粒子，如：重子（质子、中子、超子）和介子，强子由更基本的粒子夸克组成，夸 克带电量可能为元电荷的 1 3 ±或 2 3 ±。