第一篇：高三物理教案——《光的波粒二象性》

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光的波粒二象性

教學(xué)目標(biāo)

1．知識(shí)目標(biāo)

1)了解事物的連續(xù)性與分立性是相對的.2)了解光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性.3)也解光是一種概率波.2．能力目標(biāo)。

結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)理解物理原理的綜合遷移能力.3.德育目標(biāo)

結(jié)合物理學(xué)史使學(xué)生了解到科學(xué)理論的建立過程,滲透科學(xué)研究方法的教育.重點(diǎn)難點(diǎn)分析：

光的一種概率波是重點(diǎn)；理解光子的波動(dòng)規(guī)律是難點(diǎn)。教學(xué)設(shè)計(jì)思路：

引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)概率的概念.光波和機(jī)械波在本質(zhì)上完全不同.決定光子在空間不同位置出現(xiàn)概率的規(guī)律表現(xiàn)為波的規(guī)律,我們在這種意義上說光是一種波.在課本圖22—3的實(shí)驗(yàn)中，光子在和感光膠片作用時(shí)的表現(xiàn)和通常的粒子一樣，在通過狹縫時(shí)卻和我們印象中的波一樣，這點(diǎn)是很不容易接受的．但是，要說明，實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，人的直接經(jīng)驗(yàn)十分有限，在這種情況下我們就要設(shè)想一種模型，盡管以日常經(jīng)驗(yàn)來衡量，這個(gè)模型的行為十分古怪，但是只要能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，它就能夠在一定范圍內(nèi)正確代表所研究的對象．

本節(jié)的閱讀材料《康普頓效應(yīng)》和上節(jié)的閱讀材料《熱輻射和普朗克的量子說》對于理解量子化、波粒二象性等概念都有幫助，指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真閱讀． 教學(xué)媒體: 課件 教學(xué)過程：

（一）引入新課

光的本質(zhì)是什么?有誰能夠講一講你在這方面所了解到的內(nèi)容?

確實(shí)，對光的本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，在物理學(xué)發(fā)展史上有著曲折的過程，而且有過激烈的爭論．爭論的焦點(diǎn)為——光到底是粒子還是波．而且都試圖把光的本性歸結(jié)到自己的觀點(diǎn)之中，但事實(shí)未能使人們?nèi)缭福?/p>

光的干涉、衍射雄辯地說明光是一種波，光電效應(yīng)等現(xiàn)象又無可非議地說明光是粒子(當(dāng)然這里的波已不再是惠更斯提出的在“以太”中傳播的彈性脈動(dòng)波，而這里的粒子也不再是牛頓微粒說中的彈性粒子，而是光子)，最終人們不得不承認(rèn)，光既有波動(dòng)性又有粒子性，即光具有波粒二象性這樣一個(gè)事實(shí)．

（二）新課活動(dòng)

一、光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光具有波粒二象性．

為了更好地說明光具有波粒二象性，讓我們循著前人的足跡來回顧一下有關(guān)

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會(huì)員交流資料的實(shí)驗(yàn)．

介紹實(shí)驗(yàn)：用微弱的光照射雙縫，并使光通過雙縫到達(dá)光屏(感光膠片)，在照射時(shí)間不。太長的情況下，膠片上的點(diǎn)跡是隨機(jī)、散落而且是毫無規(guī)律的．這個(gè)事實(shí)說明了光是“一份一份”的粒子．

1、光是粒子(光子)．

對于隨機(jī)散落的光子，隨著照射時(shí)間的延長，膠片上的痕跡表現(xiàn)出光在某個(gè)區(qū)域落腳的可能性較大，而在另一些區(qū)域分布較少的規(guī)律性分布。該分布的情況恰好與用強(qiáng)光照射(此時(shí)可認(rèn)為光是連續(xù)的)形成干涉條紋的情況相吻合，這種規(guī)律性與波動(dòng)的規(guī)律一致．所以我們說光是一種波．

2、光是一種波．

單個(gè)光子的隨機(jī)性與大量光子的規(guī)律性也體現(xiàn)了對事物認(rèn)識(shí)的一個(gè)重要觀點(diǎn)，這就是：

3、分立性與連續(xù)性是相對的．

光子的行為服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律．干涉加強(qiáng)處表示光子到達(dá)的數(shù)目多，從統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)來看就是光子在該處出現(xiàn)的概率大，干涉減弱處表示光子到達(dá)的數(shù)目少，也就是光子在該處出現(xiàn)的概率?。@種概率的大小服從波動(dòng)規(guī)律，因此我們把光波叫做概率波．光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大?。ǜ怕剩┛梢杂貌▌?dòng)規(guī)律來描述。

引導(dǎo)學(xué)生談對概率的理解。

4、光是一種概率波。

從經(jīng)典物理學(xué)的角度上講，波動(dòng)應(yīng)該是質(zhì)點(diǎn)間相互作用的結(jié)果．在這里，光子具有波動(dòng)性就應(yīng)該是光子與光子作用的結(jié)果．但人們發(fā)現(xiàn)在上述雙縫實(shí)驗(yàn)中，假使光很弱，弱到光子一個(gè)一個(gè)地射向膠片(這時(shí)排除了光子間有相互作用)，在照射時(shí)間足夠長時(shí)，底片上最終還是形成了干涉圖樣，這說明波動(dòng)性不是由于光子間相互作用引起的，而是單個(gè)光子的固有屬性． 更有趣的是，盡管讓光子一個(gè)一個(gè)地通過狹縫，如果擋住一個(gè)縫，干涉條紋不再出現(xiàn)，好像一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的光子能“知道”另一個(gè)狹縫的存在似的．這一點(diǎn)似乎讓人不可思議，其實(shí)這也說明波動(dòng)性恰是光子的固有特性。

二、建立模型是科學(xué)研究的需要.模型的正確與否要看其能否正確反映研究對象的客觀規(guī)律．

閱讀教材第49頁最后兩段．

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這部分內(nèi)容告訴我們，對微觀領(lǐng)域不能抱著宏觀的、固有的模式去理解，而應(yīng)建立一個(gè)全新的模型．只要該模型能正確地代表研究對象，很好地解釋其現(xiàn)象和規(guī)律，則可承認(rèn)其正確性．光的波粒二象性正是這樣一個(gè)“古怪”而被事實(shí)證明是正確的模型．

（三）小結(jié)

i.微粒性與波動(dòng)性的相互聯(lián)系與滲透。ii.波動(dòng)性與微粒性互相轉(zhuǎn)化。iii.用概率的思想理解光波。

（四）鞏固練習(xí)

1、對于光的波粒二象性的說法中，正確的是()

A．一束傳播的光，有的光是波，有的光是粒子

B．光子與電子是同樣一種粒子，光波與機(jī)械波同樣是一種波

巳光的波動(dòng)性是由于光子間的相互作用而形成的

D．光是一種波，同時(shí)也是一種粒子．光子說并未否定電磁說，在光子能量E=hν中，頻率，ν仍表示的是波的特性

2、用功率Po=1W的光源，照射寓光源r=1m處的某塊金屬薄片．已知光源發(fā)出的波長λ=600nm的單色光，試計(jì)算：

(1)每單位時(shí)間內(nèi)打到金屬板／m2面積上的光子數(shù)．

(2)若取該金屬原子半徑r1=0.5×10-10m，則金屬表面上每個(gè)原子平均需要用多少時(shí)間才能接收到一個(gè)光子?

（五）布置作業(yè)

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第二篇：高三物理教案 物粒子的波粒二象性

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高三物理教案 康普頓效應(yīng)

高三物理教案 康普頓效應(yīng)

康普頓效應(yīng)

三維教學(xué)目標(biāo)

1、知識(shí)與技能

(1)了解康普頓效應(yīng)，了解光子的動(dòng)量

(2)了解光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性;

(3)知道實(shí)物粒子和光子一樣具有波粒二象性;

(4)了解光是一種概率波。

2、過程與方法：

(1)了解物理真知形成的歷史過程;

(2)了解物理學(xué)研究的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)事實(shí)以及實(shí)驗(yàn)對于物理研究的重要性;

(3)知道某一物質(zhì)在不同環(huán)境下所表現(xiàn)的不同規(guī)律特性。

3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：領(lǐng)略自然界的奇妙與和諧，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲，樂于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。

教學(xué)重點(diǎn)：實(shí)物粒子和光子一樣具有波粒二象性

教學(xué)難點(diǎn)：實(shí)物粒子的波動(dòng)性的理解。

教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。

教學(xué)用具：投影片，多媒體輔助教學(xué)設(shè)備

(一)引入新課

提問：前面我們學(xué)習(xí)了有關(guān)光的一些特性和相應(yīng)的事實(shí)表現(xiàn)，那么我們究竟怎樣來認(rèn)識(shí)光的本質(zhì)和把握其特性呢?(光是一種物質(zhì)，它既具有粒子性，又具有波動(dòng)悅考網(wǎng)004km.cn 悅考網(wǎng)004km.cn

性。在不同條件下表現(xiàn)出不同特性，分別舉出有關(guān)光的干涉衍射和光電效應(yīng)等實(shí)驗(yàn)事實(shí))。

我們不能片面地認(rèn)識(shí)事物，能舉出本學(xué)科或其他學(xué)科或生活中類似的事或物嗎?

(二)進(jìn)行新課

1、康普頓效應(yīng)

(1)光的散射：光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。

(2)康普頓效應(yīng)

1923年康普頓在做 X 射線通過物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長相同的射線外，還有比入射線波長更長的射線，其波長的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長和散射物質(zhì)都無關(guān)。

(3)康普頓散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律：

按經(jīng)典電磁理論：如果入射X光是某種波長的電磁波，散射光的波長是不會(huì)改變的!散射中出現(xiàn) 的現(xiàn)象，稱為康普頓散射。

康普頓散射曲線的特點(diǎn)：

① 除原波長 外出現(xiàn)了移向長波方向的新的散射波長

② 新波長 隨散射角的增大而增大。波長的偏移為

波長的偏移只與散射角 有關(guān)，而與散射物質(zhì)種類及入射的X射線的波長 無關(guān)，= 0.0241?=2.41×10-3nm(實(shí)驗(yàn)值)

稱為電子的Compton波長

只有當(dāng)入射波長 與 可比擬時(shí)，康普頓效應(yīng)才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見光觀察不到康普頓散射。

(4)經(jīng)典電磁理論在解釋康普頓效應(yīng)時(shí)遇到的困難

①根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng)，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。

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②無法解釋波長改變和散射角的關(guān)系。

(5)光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋

①若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子，散射光子的能量減少，于是散射光的波長大于入射光的波長。

②若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個(gè)原子交換能量，由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長不變。

③因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長改變和散射角有關(guān)。

(6)康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義

①有力地支持了愛因斯坦“光量子”假設(shè);②首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”的假設(shè);③證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的。

2、光的波粒二象性

講述光的波粒二象性，進(jìn)行歸納整理。

(1)我們所學(xué)的大量事實(shí)說明：光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光具有波粒二象性。光的分立性和連續(xù)性是相對的，是不同條件下的表現(xiàn)，光子的行為服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

(2)光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的概率遵從波動(dòng)規(guī)律，物理學(xué)中把光波叫做概率波。

3、光的波動(dòng)性與粒子性是不同條件下的表現(xiàn)：

大量光子行為顯示波動(dòng)性;個(gè)別光子行為顯示粒子性;光的波長越長，波動(dòng)性越強(qiáng);光的波長越短，粒子性越強(qiáng)。光的波動(dòng)性不是光子之間相互作用引起的，是光子本身的一種屬性。

例題：已知每秒從太陽射到地球上垂直于太陽光的每平方米截面上的輻射能為1.4×103J，其中可見光部分約占45%，假設(shè)認(rèn)為可見光的波長均為0.55μm，太陽向各個(gè)方向的輻射是均勻的，日地之間距離為R=1.5×1011m，估算出太陽每秒輻射出的可見光的光子數(shù)。(保留兩位有效數(shù)字)

物粒子的波粒二象性

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高三物理教案 物粒子的波粒二象性

實(shí)物粒子的波粒二象性

三維教學(xué)目標(biāo)

1、知識(shí)與技能

(1)了解光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性;

(2)知道實(shí)物粒子和光子一樣具有波粒二象性;

(3)知道德布羅意波的波長和粒子動(dòng)量關(guān)系。

(4)了解不確定關(guān)系的概念和相關(guān)計(jì)算;

2、過程與方法

(1)了解物理真知形成的歷史過程;

(2)了解物理學(xué)研究的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)事實(shí)以及實(shí)驗(yàn)對于物理研究的重要性;

(3)知道某一物質(zhì)在不同環(huán)境下所表現(xiàn)的不同規(guī)律特性。

3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀

(1)通過學(xué)生閱讀和教師介紹講解，使學(xué)生了解科學(xué)真知的得到并非一蹴而就，需要經(jīng)過一個(gè)較長的歷史發(fā)展過程，不斷得到糾正與修正;

(2)通過相關(guān)理論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，使學(xué)生逐步形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度;

(3)通過了解電子衍射實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生了解創(chuàng)造條件來進(jìn)行有關(guān)物理實(shí)驗(yàn)的方法。

教學(xué)重點(diǎn)：實(shí)物粒子和光子一樣具有波粒二象性，德布羅意波長和粒子動(dòng)量關(guān)系。

教學(xué)難點(diǎn)：實(shí)物粒子的波動(dòng)性的理解。

教學(xué)方法：學(xué)生閱讀-討論交流-教師講解-歸納總結(jié)。

教學(xué)用具：課件：PP演示文稿(科學(xué)家介紹，本節(jié)知識(shí)結(jié)構(gòu))。多媒體教學(xué)設(shè)備

(一)引入新課

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提問：前面我們學(xué)習(xí)了有關(guān)光的一些特性和相應(yīng)的事實(shí)表現(xiàn)，那么我們究竟怎樣來認(rèn)識(shí)光的本質(zhì)和把握其特性呢?(光是一種物質(zhì)，它既具有粒子性，又具有波動(dòng)性。在不同條件下表現(xiàn)出不同特性，分別舉出有關(guān)光的干涉衍射和光電效應(yīng)等實(shí)驗(yàn)事實(shí))。

我們不能片面地認(rèn)識(shí)事物，能舉出本學(xué)科或其他學(xué)科或生活中類似的事或物嗎?

(二)進(jìn)行新課

1、光的波粒二象性

講述光的波粒二象性，進(jìn)行歸納整理。

(1)我們所學(xué)的大量事實(shí)說明：光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光具有波粒二象性。光的分立性和連續(xù)性是相對的，是不同條件下的表現(xiàn)，光子的行為服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

(2)光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的概率遵從波動(dòng)規(guī)律，物理學(xué)中把光波叫做概率波。

2、光子的能量與頻率以及動(dòng)量與波長的關(guān)系。

=

提問：作為物質(zhì)的實(shí)物粒子(如電子、原子、分子等)是否也具有波動(dòng)性呢?

3、粒子的波動(dòng)性

提問：誰大膽地將光的波粒二象性推廣到實(shí)物粒子?只是因?yàn)樗竽憜?(法國科學(xué)家德布羅意考慮到普朗克能量子和愛因斯坦光子理論的成功，大膽地把光的波粒二象性推廣到實(shí)物粒子。)

(1)德布羅意波：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性，這種波稱之為物質(zhì)波，也叫德布羅意波。

(2)物質(zhì)波波長： =

提問：各物理量的意義?(為德布羅意波長，h為普朗克常量，p為粒子動(dòng)量)

閱讀課本有關(guān)內(nèi)容，為什么德布羅意波觀點(diǎn)很難通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證?又是在怎樣的條件下使實(shí)物粒子的波動(dòng)性得到了驗(yàn)證?

4、物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

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提問：粒子波動(dòng)性難以得到驗(yàn)證的原因?(宏觀物體的波長比微觀粒子的波長小得多，這在生活中很難找到能發(fā)生衍射的障礙物，所以我們并不認(rèn)為它有波動(dòng)性，作為微觀粒子的電子，其德布羅意波波長為10-10m數(shù)量級(jí)，找與之相匹配的障礙物也非易事)

例題：某電視顯像管中電子的運(yùn)動(dòng)速度是4.0×107m/s;質(zhì)量為10g的一顆子彈的運(yùn)動(dòng)速度是200m/s。分別計(jì)算它們的德布羅意波長。(根據(jù)公式 計(jì)算得1.8×10-11m和3.3×10-34m)

電子波動(dòng)性的發(fā)現(xiàn)者——戴維森和小湯姆遜

電子波動(dòng)性的發(fā)現(xiàn),使得德布羅意由于提出實(shí)物粒子具有波動(dòng)性這一假設(shè)得以證實(shí)，并因此而獲得1929年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，而戴維森和小湯姆遜由于發(fā)現(xiàn)了電子的波動(dòng)性也同獲1937年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

閱讀有關(guān)物理學(xué)歷史資料，了解物理學(xué)有關(guān)知識(shí)的形成建立和發(fā)展的真是過程。(應(yīng)用物理學(xué)家的歷史資料，不僅有真實(shí)感，增強(qiáng)了說服力，同時(shí)也能對學(xué)生進(jìn)行發(fā)放教育，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，激發(fā)學(xué)生的探索精神)

電子衍射實(shí)驗(yàn)：1927年，兩位美國物理學(xué)家使電子束投射到鎳的晶體上，得到了電子束的衍射圖案，從而證實(shí)了德布羅意的假設(shè)。除了電子以外，后來還陸續(xù)證實(shí)了質(zhì)子、中子以及原子、分子的波動(dòng)性。

提問：衍射現(xiàn)象對高分辨率的顯微鏡有影響否?如何改進(jìn)?(顯微鏡的分辨本領(lǐng))

5、德布羅意波的統(tǒng)計(jì)解釋

1926年，德國物理學(xué)玻恩(Born，1882--1972)提出了概率波，認(rèn)為個(gè)別微觀粒子在何處出現(xiàn)有一定的偶然性，但是大量粒子在空間何處出現(xiàn)的空間分布卻服從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。

6、經(jīng)典波動(dòng)與德布羅意波(物質(zhì)波)的區(qū)別

經(jīng)典的波動(dòng)(如機(jī)械波、電磁波等)是可以測出的、實(shí)際存在于空間的一種波動(dòng)。而德布羅意波(物質(zhì)波)是一種概率波。簡單的說，是為了描述微觀粒子的波動(dòng)性而引入的一種方法。

7、不確定度關(guān)系(uncertainty relatoin)

經(jīng)典力學(xué)：運(yùn)動(dòng)物體有完全確定的位置、動(dòng)量、能量等。微觀粒子：位置、動(dòng)量等具有不確定量(概率)。

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(1)電子衍射中的不確定度

如圖所示，一束電子以速度 v 沿 oy 軸射向狹縫。電子在中央主極大區(qū)域出現(xiàn)的幾率最大。在經(jīng)典力學(xué)中，粒子(質(zhì)點(diǎn))的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用位置坐標(biāo)和動(dòng)量來描述，而且這兩個(gè)量都可以同時(shí)準(zhǔn)確地予以測定。然而，對于具有二象性的微觀粒子來說，是否也能用確定的坐標(biāo)和確定的動(dòng)量來描述呢?

下面我們以電子通過單縫衍射為例來進(jìn)行討論。

設(shè)有一束電子沿oy軸射向屏AB上縫寬為a的狹縫，于是，在照相底片CD上，可以觀察到如下圖所示的衍射圖樣。如果我們?nèi)杂米鴺?biāo)x和動(dòng)量p來描述這一電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，那么，我們不禁要問：一個(gè)電子通過狹縫的瞬時(shí)，它是從縫上哪一點(diǎn)通過的呢?也就是說，電子通過狹縫的瞬時(shí)，其坐標(biāo)x為多少?顯然，這一問題，我們無法準(zhǔn)確地回答，因?yàn)榇藭r(shí)該電子究竟在縫上哪一點(diǎn)通過是無法確定的，即我們不能準(zhǔn)確地確定該電子通過狹縫時(shí)的坐標(biāo)。

研究表明：

對于第一衍射極小，式中 為電子的德布羅意波長。電子的位置和動(dòng)量分別用x和p來表示。電子通過狹縫的瞬間，其位置在 x 方向上的不確定量為，同一時(shí)刻，由于衍射效應(yīng)，粒子的速度方向有了改變，縫越小，動(dòng)量的分量 px變化越大。

分析計(jì)算可得： 式中h為普朗克常量。這就是著名的不確定性關(guān)系，簡稱不確定關(guān)系。

上式表明：

①許多相同粒子在相同條件下實(shí)驗(yàn)，粒子在同一時(shí)刻并不處在同一位置。

②用單個(gè)粒子重復(fù)，粒子也不在同一位置出現(xiàn)。

例題解析：

例1：一顆質(zhì)量為10g 的子彈，具有200m?s-1的速率，若其動(dòng)量的不確定范圍為動(dòng)量的0.01%(這在宏觀范圍是十分精確的了)，則該子彈位置的不確定量范圍為多大?

解：子彈的動(dòng)量

動(dòng)量的不確定范圍

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由不確定關(guān)系式，得子彈位置的不確定范圍

我們知道，原子核的數(shù)量級(jí)為10-15m，所以，子彈位置的不確定范圍是微不足道的?？梢娮訌椀膭?dòng)量和位置都能精確地確定，不確定關(guān)系對宏觀物體來說沒有實(shí)際意義。

例2：一電子具有200 m/s的速率，動(dòng)量的不確定范圍為動(dòng)量的0.01%(這已經(jīng)足夠精確了)，則該電子的位置不確定范圍有多大?

解 : 電子的動(dòng)量為：

動(dòng)量的不確定范圍

由不確定關(guān)系式，得電子位置的不確定范圍

我們知道原子大小的數(shù)量級(jí)為10-10m，電子則更小。在這種情況下，電子位置的不確定范圍比原子的大小還要大幾億倍，可見企圖精確地確定電子的位置和動(dòng)量已是沒有實(shí)際意義。

8、微觀粒子和宏觀物體的特性對比

宏觀物體 微觀粒子

具有確定的坐標(biāo)和動(dòng)量，可用牛頓力學(xué)描述。沒有確定的坐標(biāo)和動(dòng)量，需用量子力學(xué)描述。

有連續(xù)可測的運(yùn)動(dòng)軌道，可追蹤各個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。有概率分布特性，不可能分辨出各個(gè)粒子的軌跡。

體系能量可以為任意的、連續(xù)變化的數(shù)值。能量量子化。

不確定度關(guān)系無實(shí)際意義 遵循不確定度關(guān)系

9、不確定關(guān)系的物理意義和微觀本質(zhì)

(1)物理意義：

微觀粒子不可能同時(shí)具有確定的位置和動(dòng)量。粒子位置的不確定量 越小，動(dòng)量的不確定量 就越大，反之亦然。

(2)微觀本質(zhì)：是微觀粒子的波粒二象性及粒子空間分布遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律的必然結(jié)悅考網(wǎng)004km.cn 悅考網(wǎng)004km.cn

果。

不確定關(guān)系式表明：

① 微觀粒子的坐標(biāo)測得愈準(zhǔn)確()，動(dòng)量就愈不準(zhǔn)確();微觀粒子的動(dòng)量測得愈準(zhǔn)確()，坐標(biāo)就愈不準(zhǔn)確()。但這里要注意，不確定關(guān)系不是說微觀粒子的坐標(biāo)測不準(zhǔn);也不是說微觀粒子的動(dòng)量測不準(zhǔn);更不是說微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量都測不準(zhǔn);而是說微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)測準(zhǔn)。

② 為什么微觀粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量不能同時(shí)測準(zhǔn)?這是因?yàn)槲⒂^粒子的坐標(biāo)和動(dòng)量本來就不同時(shí)具有確定量。這本質(zhì)上是微觀粒子具有波粒二象性的必然反映。由以上討論可知，不確定關(guān)系是自然界的一條客觀規(guī)律，不是測量技術(shù)和主觀能力的問題。

③ 不確定關(guān)系提供了一個(gè)判據(jù)：當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制可以忽略時(shí)，則可以用經(jīng)典理論來研究粒子的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)不確定關(guān)系施加的限制不可以忽略時(shí)，那只能用量子力學(xué)理論來處理問題。

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第三篇：關(guān)于微觀粒子波粒二象性的討論

關(guān)于微觀粒子波粒二象性的討論

關(guān)于光,現(xiàn)代讀工科的人大致都知道光有波粒二象性;從量子物理中,不僅光,微觀粒子都具有波粒二象性;宏觀物質(zhì)物質(zhì)由微觀粒子組成,也會(huì)表現(xiàn)出波粒二象性.一個(gè)名顯的例子就是,物質(zhì)大致都會(huì)輻射出一定頻率的光譜,能過接收光譜可以分析物質(zhì).如軍事上的紅外追蹤,夜視等技術(shù).這從觀念上是有點(diǎn)難以理解,活生生的人怎么就能波動(dòng)了呢.但是理論上就是這樣的.一般說來質(zhì)量大的物質(zhì)表現(xiàn)出強(qiáng)的粒子性,質(zhì)量小的粒子表現(xiàn)出波動(dòng)性.象光子這樣的小質(zhì)量,就是波動(dòng)我典型,象宏觀物質(zhì)就是粒子的典型.微觀粒子的波粒二象性不是同時(shí)能表現(xiàn)出來的,這就是不確定原理.這里量子物理我理論基礎(chǔ).玻爾認(rèn)為不確定性原理是由于波粒二象性決定的;得布羅意說，任何物質(zhì)都具有波的性質(zhì)，同時(shí)具有粒子的性質(zhì)，你不可能同時(shí)對這兩種性質(zhì)進(jìn)行觀察，你作為一個(gè)粒子來檢測它時(shí)，會(huì)遺漏它作為波的性質(zhì)；同樣，你檢驗(yàn)它波的性質(zhì)，就會(huì)遺漏它粒子的特征。這和人的品格有多么相似呀.世界上大體上沒有絕對的好人與壞人.人在一定的情況下是好人,在另外的情況下又是壞人.也就是說人既是好人又是壞人．在一個(gè)人某些情況下你只能看到他好的一面，在另外的情況下只能看到他壞的一面；或者在一些人看來，他是好的，另外的人則相反．但是事實(shí)上他確實(shí)是好人與壞人的混合體．這樣的例子太多了，以至于所有人都能知道．說到這里，好象又有哲學(xué)的味道．

羅素看來對哲學(xué)作出了比較好的解釋：＂哲學(xué)，就我對這個(gè)詞的理解來說，乃是某種介乎神學(xué)與科學(xué)之間的東西。它和神學(xué)一樣，包含著人類對于那些迄今仍為確切的知識(shí)所不能肯定的事物的思考；但是它又象科學(xué)一樣是訴之于人類的理性而不是訴之于權(quán)威的，不管是傳統(tǒng)的權(quán)威還是啟示的權(quán)威。一切·確·切·的知識(shí)——我是這樣主張的——都屬于科學(xué)；一切涉及超乎確切知識(shí)之外的·教·條都屬于神學(xué)。但是介乎神學(xué)與科學(xué)之間還有一片受到雙方攻擊的無人之域；這片無人之域就是哲學(xué)。＂

再回過頭來看量子物理學(xué)，量子物理一定不是神學(xué)，那它是確切的知道嗎．如果從量子力學(xué)的三大支柱來說，似乎是確切的．但是，就象量子物理簡史中提到的，量子物理的解釋就象上帝投骰子一樣不確定，似乎沒有確定．從這一方面來說，就是哲學(xué)．更有意思的是，根據(jù)量子物理，如果人們意識(shí)是想測量微觀粒子的粒子性，它就表現(xiàn)出粒子性．如果人們意識(shí)是想測微觀粒子的波動(dòng)性，它就表現(xiàn)出波動(dòng)性，這簡直就是哲學(xué)．科學(xué)研究出來的竟是哲學(xué)問題．這說明了，就象羅素所理解的那樣，量子力學(xué)其實(shí)還在發(fā)展之中．只能從物理現(xiàn)象上去解釋，如果從理論上去解釋，就要數(shù)學(xué)和物理學(xué)的共同進(jìn)展了．電子的波動(dòng)性和粒子性的統(tǒng)一

電子衍射的實(shí)驗(yàn)，無可爭辯地證明了電子這種實(shí)物微粒的運(yùn)動(dòng)確實(shí)具有波動(dòng)性，這種波動(dòng)性和宏觀的波有相似的地方，例如：都是實(shí)物或場的某種性質(zhì)在空間和時(shí)間方面周期性的擾動(dòng)的表現(xiàn)。究竟怎樣把以連續(xù)分布于空間為特征的波動(dòng)

性和以分立分布為特征的粒子性統(tǒng)一起來呢？波恩提出了較為合理的“統(tǒng)計(jì)解釋”。

玻恩概率波

光和微觀粒子的波粒二象性如何統(tǒng)一的問題是人類認(rèn)識(shí)史上最令人困惑的問題，至今不能說問題已經(jīng)完全解決（盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)證明物質(zhì)的結(jié)構(gòu)是核式的（這種模型被稱為核式結(jié)構(gòu)模型），原子如此，光子、電子、質(zhì)子、大到天體都有自己的核心，都有繞核心運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)存在，每個(gè)核式結(jié)構(gòu)體在運(yùn)動(dòng)中由于核式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，都做具有波動(dòng)的直線運(yùn)動(dòng)，都有測不準(zhǔn)的因素（不確定性原理）存在，都有量子化的物理特征，各有能級(jí)的存在，各有特定的能量吸收才可以發(fā)生躍遷。張各高中物理教師提出的自己的觀點(diǎn)，歡迎指正）1926年M.玻恩提出概率波解釋，較好地解決了這個(gè)問題。按照概率波解釋，描述粒子波動(dòng)性所用的波函數(shù)Ψ(x、y、z、t)是概率波，而不是什么具體的物質(zhì)波；波函數(shù)的絕對值的平方

|ψ|2=ψ*ψ表示時(shí)刻t在x、y、z處出現(xiàn)的粒子的概率密度，ψ*表示ψ 的共軛波函數(shù)。在電子通過雙孔的干涉實(shí)驗(yàn)中，|ψ|2=|ψ1+ψ2|2=|ψ1|2+|ψ2|2+ψ1*ψ2+ψ1ψ2*，強(qiáng)度|ψ|2大的地方出現(xiàn)粒子的概率大，相應(yīng)的粒子數(shù)多，強(qiáng)度弱的地方，|ψ|2小，出現(xiàn)粒子的概率小，相應(yīng)的粒子數(shù)少，ψ1*ψ2+ψ1ψ2*正是反映干涉效應(yīng)的項(xiàng)，不管實(shí)驗(yàn)是在粒子流強(qiáng)度大的條件下做的，還是粒子流很弱，讓粒子一個(gè)一個(gè)地射入，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，兩者所得的干涉條紋結(jié)果是相同的。

在粒子流很弱、粒子一個(gè)一個(gè)地射入多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)中顯示的干涉效應(yīng)表明，微觀粒子的波動(dòng)性不是大量粒子聚集的性質(zhì)，單個(gè)粒子即具有波動(dòng)性。于是，一方面粒子是不可分割的，另一方面在雙孔實(shí)驗(yàn)中雙孔又是同時(shí)起作用的，因此，對于微觀粒子談?wù)撍倪\(yùn)動(dòng)軌道是沒有意義的。由于微觀粒子具有波粒二象性，微觀粒子所遵從的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同于宏觀物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，描述微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的量子力學(xué)也就不同于描述宏觀物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的經(jīng)典力學(xué)。

目前，人們對于物質(zhì)波的本質(zhì)，即它究竟有粒子的何種性質(zhì)的擾動(dòng)產(chǎn)生的，沒有象經(jīng)典的機(jī)械波或電磁波那樣了解得具體。有待于對微觀內(nèi)部結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步深入研究的基礎(chǔ)上再來加深探索。不過，說電子等的運(yùn)動(dòng)有波性，決不能理解為一個(gè)電子象波那樣分布于一個(gè)一定大小的空間區(qū)域，或理解為電子在空間的振動(dòng)。目前，只能把它理解為電子運(yùn)動(dòng)時(shí)，它在空間不同區(qū)域出現(xiàn)的幾率是由其波動(dòng)性所控制的。此外，當(dāng)我們說到電子等實(shí)物微粒具有粒子性時(shí)，也要注意到在某種條件下，它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是無法用經(jīng)典力學(xué)規(guī)律來解釋的。例如，從經(jīng)典力學(xué)的“質(zhì)點(diǎn)”觀點(diǎn)看來，電子（即可以是大量的，也可近乎獨(dú)立發(fā)射的）在同樣條

件下，通過晶體應(yīng)該到達(dá)照相底片上的同一點(diǎn)，而不應(yīng)該有衍射現(xiàn)象。這就是說，在這些條件下電子是沒有確定的軌道的，并不遵循牛頓力學(xué)定律，只表現(xiàn)有一定的與波的強(qiáng)度成正比的幾率分布規(guī)律。這就是由“不確定關(guān)系”所精確地表達(dá)的。

目前還無實(shí)驗(yàn)顯明單一粒子無波動(dòng)性，即便某一理論證明波是大量粒子的統(tǒng)計(jì)分布，也無法否定單一粒子波動(dòng)性，因?yàn)檫@在邏輯上是講不通的，也無法說明大量粒子的統(tǒng)計(jì)分布中波的真正來源。

對單一粒子，比如氫原子，其核外電子亦是沒有確定的軌道的，怎能說單一的電子沒有波動(dòng)性呢？其實(shí)，正是電子自身的波動(dòng)性決定了其幾率分布！

再有，如果說單一粒子無波動(dòng)性，那么從質(zhì)能關(guān)系上看，作為表征運(yùn)動(dòng)的能量概念，粒子的能量E=MC2中的能量是什么呢？它反映了什么運(yùn)動(dòng)呢？其所確切對應(yīng)的Ｅ＝ｈν中ν的是什么含義呢？

還有，實(shí)驗(yàn)表明，一個(gè)粒子自身也可以產(chǎn)生干涉，單個(gè)“電子實(shí)體”如何通

過雙縫？難道一個(gè)粒子同時(shí)可以通過兩個(gè)縫？幾率波是數(shù)學(xué)波，而電子波有真實(shí)的物理作用，數(shù)學(xué)波與物理實(shí)在的關(guān)系如何處理？

毫不奇怪，一個(gè)粒子同樣具有“波粒二相性”--物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的，沒有不運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)，因此運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的根本屬性；而該屬性在微觀狀態(tài)上必定表現(xiàn)為波動(dòng)性。一個(gè)粒子表現(xiàn)為一條穿越時(shí)空的河，同時(shí)進(jìn)入兩個(gè)狹縫是必須的。不要把一個(gè)粒子想象為一個(gè)雞蛋，粒子是一個(gè)電磁場的存在形式，電磁震蕩是它的存在方式而這種粒子性是震蕩中的一個(gè)態(tài)，通過狹逢的是另一個(gè)態(tài)，那個(gè)態(tài)是電磁波能的態(tài)，是粒子的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為電磁波能的態(tài)，而波能態(tài)是可以同時(shí)繞過兩個(gè)狹縫的。光的波粒二象性

狀態(tài)。波函數(shù)具有疊加性，即，它們能夠像波一樣互相干涉和衍射。同時(shí)，波函數(shù)也被解釋為描述粒子出現(xiàn)在特定位置的幾率幅。這樣，粒子性和波動(dòng)性就統(tǒng)一在同一個(gè)解釋中。

之所以在日常生活中觀察不到物體的波動(dòng)性，是因?yàn)樗麄兊馁|(zhì)量太大，導(dǎo)致特征波長比可觀察的限度要小很多，因此可能發(fā)生波動(dòng)性質(zhì)的尺度在日常生活經(jīng)驗(yàn)范圍之外。這也是為什么經(jīng)典力學(xué)能夠令人滿意地解釋“自然現(xiàn)象”。反之，對于基本粒子來說，它們的質(zhì)量和尺度決定了它們的行為主要是由量子力學(xué)所描述的，因而與我們所習(xí)慣的圖景相差甚遠(yuǎn)。德布羅意假設(shè)

愛因斯坦提出光的粒子性后，路易·維克多·德布羅意做了逆向思考，他在論文中寫到：19世紀(jì)以來，只注重了光的波動(dòng)性的研究，而忽略了粒子性的研究，在實(shí)物粒子的研究方面，是否犯了相反的錯(cuò)誤呢？1924年，他又注意到原子中電子的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)需要引入整數(shù)來描寫，與物理學(xué)中其他涉及整數(shù)的現(xiàn)象如干涉和振動(dòng)簡正模式之間的類似性，由此構(gòu)造了德布羅意假設(shè)，提出正如光具有波粒二象性一樣，實(shí)物粒子也具有波粒二象性。他將這個(gè)波長λ和動(dòng)量p聯(lián)系為：λ=h/p=h/mv

m：質(zhì)量 v：速度 h：普朗克常數(shù)

這是對愛因斯坦等式的一般化，因?yàn)楣庾拥膭?dòng)量為p = E / c（c為真空中的光速），而λ = c / ν。

德布羅意的方程三年后通過兩個(gè)獨(dú)立的電子散射實(shí)驗(yàn)被證實(shí)。在貝爾實(shí)驗(yàn)室Clinton Joseph Davisson和Lester Halbert Germer以低速電子束射向鎳單晶獲得電子經(jīng)單晶衍射，測得電子的波長與德布羅意公式一致。在阿伯丁大學(xué)，G·P湯姆孫以高速電子穿過多晶金屬箔獲得類似X射線在多晶上產(chǎn)生的衍射花紋，確鑿證實(shí)了電子的波動(dòng)性；以后又有其他實(shí)驗(yàn)觀測到氦原子、氫分子以及中子的衍射現(xiàn)象，微觀粒子的波動(dòng)性已被廣泛地證實(shí)。根據(jù)微觀粒子波動(dòng)性發(fā)展起來的電子顯微鏡、電子衍射技術(shù)和中子衍射技術(shù)已成為探測物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)分析的有力手段。

德布羅意于1929年因?yàn)檫@個(gè)假設(shè)獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。湯姆孫和戴維遜因?yàn)樗麄兊膶?shí)驗(yàn)工作共享了1937年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

第四篇：光的波粒二象性教案

光的波粒二象性 教案示例

一、教學(xué)目標(biāo)

1．知識(shí)目標(biāo)

（1）了解微粒說的基本觀點(diǎn)及對光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問題．

（2）了解波動(dòng)說的基本觀點(diǎn)及對光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問題．

（3）了解事物的連續(xù)性與分立性是相對的，了解光既有波動(dòng)性，又有粒子性．

（4）了解光是一種概率波．

2．能力目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生對問題的分析和解決能力，初步建立光與實(shí)物粒子的波粒二象性以及用概率描述粒子運(yùn)動(dòng)的觀念．

3．情感目標(biāo)

理解人類對光的本性的認(rèn)識(shí)和研究經(jīng)歷了一個(gè)十分漫長的過程，這一過程也是辯證發(fā)展的過程．根據(jù)事實(shí)建立學(xué)說，發(fā)展學(xué)說，或是決定學(xué)說的取舍，發(fā)現(xiàn)新的事實(shí)，再建立新的學(xué)說．人類就是這樣通過光的行為，經(jīng)過分析和研究，逐漸認(rèn)識(shí)光的本性的．

二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

1、這一章的內(nèi)容，貫穿一條主線——人類對光的本性的認(rèn)識(shí)的發(fā)展過程．結(jié)合各節(jié)內(nèi)容，適當(dāng)穿插物理學(xué)史材料是必要的．這種做法不但可使課堂教學(xué)主動(dòng)活潑，內(nèi)容豐富，還可以對學(xué)生進(jìn)行唯物辯證思想教育．本節(jié)就課本內(nèi)容，十分簡單，學(xué)生學(xué)起來十分枯燥．課本所提到的內(nèi)容，都是結(jié)論性的，加入一些史料不僅可能而且必要．

2、本節(jié)中學(xué)生初步接觸量子化、二象性、概率波等概念，由于沒有直接的生活經(jīng)驗(yàn)，所以在教學(xué)中要重點(diǎn)讓學(xué)生體會(huì)這些概念．

三、主要教學(xué)過程

光學(xué)現(xiàn)象是與人類的生產(chǎn)和日常生活密切相關(guān)的．人類在對光學(xué)現(xiàn)象、規(guī)律的研究的同時(shí)，也開始了對光本性的探究．

到了17世紀(jì)，人類對光的本性的認(rèn)識(shí)逐漸形成了兩種學(xué)說．

（一）光的微粒說

一般，人們都認(rèn)為牛頓是微粒說的代表，牛頓于1675年曾提出：“光是一群難以想象的細(xì)微而迅速運(yùn)動(dòng)的大小不同的粒子”，這些粒子被發(fā)光體“一個(gè)接一個(gè)地發(fā)射出來”．用這樣的觀點(diǎn)，解釋光的直進(jìn)性、影的形成等現(xiàn)象是十分方便的．

在解釋光的反射和折射現(xiàn)象時(shí)，同樣十分簡便．當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面時(shí)，要發(fā)生反射和折射．在解釋反射現(xiàn)象時(shí)，只要假設(shè)光的微粒在與介質(zhì)作用時(shí)，其相互作用，使微粒的速度的豎直分量方向變化，但大小不變；水平分量的大小和方向均不發(fā)生變化（因?yàn)樵谶@一方向上沒有相互作用），就可以準(zhǔn)確地得出光在反射時(shí)，反射角等于入射角這一與實(shí)驗(yàn)事實(shí)吻合的結(jié)論．

說到折射，笛卡兒曾用類似的假設(shè)，成功地得出了入射角正弦與折射角正弦之比為一常數(shù)的結(jié)論．但當(dāng)光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)，發(fā)生的是近法線折射，即入射角大，折射角?。@時(shí)，必須假設(shè)光在光密介質(zhì)的傳播速度較光在光疏介質(zhì)中的傳播速度大才行．

一束光入射到兩種介質(zhì)界面時(shí)，既有反射，又有折射．何種情況發(fā)生反射，何種情況下又發(fā)生折射呢？微粒說在解釋這一點(diǎn)時(shí)遇到了很大的困難．為此，牛頓提出了著名的“猝發(fā)理論”．他提出：“每一條光線在通過任何折射面時(shí)，便處于某種為時(shí)短暫的過渡性結(jié)構(gòu)和狀態(tài)之中．在光線的前進(jìn)過程中，這種狀態(tài)每隔相等的間隔（等時(shí)或等距）內(nèi)就復(fù)發(fā)一次，并使光線在它每一次復(fù)發(fā)時(shí)，容易透過下一個(gè)折射面，而在它（相繼）兩次復(fù)發(fā)之間容易被這個(gè)面所反射”，“我將把任何一條光線返回到傾向于反射（的狀態(tài)）稱它為‘容易反射的猝發(fā)’，而把它返回到傾向于透射（的狀態(tài)）稱它為‘容易透射的猝發(fā)’，并且把每一次返回和下一次返回之間所經(jīng)過的距離稱它為‘猝發(fā)的間隔’”．如果說“猝發(fā)理論”還能解釋反射和折射的話，那么，以微粒說解釋兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播這一常見的現(xiàn)象，微粒說則完全無能為力了．

（二）光的波動(dòng)說

關(guān)于光的本性，當(dāng)時(shí)還存在另一種觀點(diǎn)，即光的波動(dòng)說．認(rèn)為光是某種振動(dòng)，以波的形式向四周圍傳播．其代表人物是荷蘭物理學(xué)家惠更斯．他認(rèn)為，光是由發(fā)光體的微小粒子的振動(dòng)在彌漫于一切地方的“以太”介質(zhì)中傳播過程，而不是像微粒說所設(shè)想的像子彈和箭那樣的運(yùn)動(dòng)．他指出：“假如注意到光線向各個(gè)方向以極高的速度傳播，以及光線從不同的地點(diǎn)甚至是完全相反的地方發(fā)出時(shí)，光射線在傳播中一條光線穿過另一條光線而相互毫不影響，就能完全明白這一點(diǎn)：當(dāng)我們看到發(fā)光的物體時(shí)，決不可能是由于從它所發(fā)生的物質(zhì)，像穿過空氣的子彈和箭一樣，通過物質(zhì)遷移所引起的”．他把光比作在水面上投入石塊時(shí)產(chǎn)生的同心圓狀波紋．發(fā)光體中的每一個(gè)微粒把振動(dòng)，通過“以太”這種介質(zhì)向周圍傳播，發(fā)出一組組同心的球面波．波面上的每一點(diǎn)，又可以此點(diǎn)為中心，再向外傳播子波．當(dāng)然，這樣的觀點(diǎn)解釋同時(shí)發(fā)生反射和折射，比微粒說的“猝發(fā)理論”方便得多，以水波為例，水波在傳播時(shí)，反射與折射可以同時(shí)發(fā)生．一列水波在與另一列水波相遇時(shí)，可以毫無影響的相互通過．

惠更斯用波動(dòng)說還解釋了光的反射和折射．但他在解釋光自光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)的近法線折射時(shí)，需假設(shè)光在光密介質(zhì)中的傳播速度較?。F(xiàn)代光速的測定表明，波動(dòng)說在解釋折射時(shí)依據(jù)的假設(shè)是正確的：光在光密介質(zhì)中傳播時(shí)光速較?。?7世紀(jì)時(shí)，光速的測量尚在起步階段，誰是誰非，沒有定論．

當(dāng)然，光的波動(dòng)說在解釋光的直進(jìn)性和何以能在傳播時(shí)，會(huì)在不透明物體后留下清晰的影子等問題也遇到困難．

可見，光的微粒說和波動(dòng)說在解釋光學(xué)現(xiàn)象時(shí)，都各有成功的一面，但都不能完滿地解釋當(dāng)時(shí)所了解的各種光學(xué)現(xiàn)象．

在其后的100多年中，主要由于牛頓的崇高地位及聲望，因而微粒說一直占主導(dǎo)地位，波動(dòng)說發(fā)展很緩慢．人類對光本性的認(rèn)識(shí)，還期待新的現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)．直到19世紀(jì)初，人們發(fā)現(xiàn)了光的干涉現(xiàn)象，進(jìn)一步研究了光的衍射現(xiàn)象．干涉和衍射是波動(dòng)的重要特征，從而光的波動(dòng)說得到迅速發(fā)展．人類對光的本性的認(rèn)識(shí)達(dá)到一個(gè)新的階段．

（三）牛頓理論中的波動(dòng)性思想

作為一代物理學(xué)大師的牛頓，是提倡了微粒說，但他卻并不排斥波動(dòng)說．他根據(jù)他所做過的大量實(shí)驗(yàn)和縝密的思考，提出了不少卓越的、富有啟發(fā)性的思想．在關(guān)于顏色的見解上，他提出“不同種類的光線，是否引起不同大小的振動(dòng)，并按其大小而激起不同的顏色感覺，正像空氣的振動(dòng)按其大小而激起不同的聲音感覺一樣？而且是否特別是那些最易折射的光線激起最短的振動(dòng)以造成深紫色的感覺，最不易折射的光線激起最長的振動(dòng)，以造成深紅色的感覺，而介于兩者之間的各種光線激起各種中間大小的振動(dòng)而造成中間顏色的感覺？”

他同時(shí)還提出：“扔一塊石頭到平靜的水面中，由此激起的水波將在石頭落水的地方持續(xù)一段時(shí)間，并從這里以同心圓的形式在水面上向遠(yuǎn)處傳播．空氣用力撞擊所激起的振動(dòng)和顫動(dòng)也將持續(xù)少許時(shí)間，并從撞擊處以同心球的形式傳播到遠(yuǎn)方，與此相似，當(dāng)光線射到任何透明體的表面并在那里折射或反射時(shí)，是不是因此就要在反射或折射介質(zhì)中入射點(diǎn)的地方，激起振動(dòng)和顫動(dòng)的波，而且這種振動(dòng)總能在那里發(fā)生并從那里傳播出去．”

在解釋光現(xiàn)象中，牛頓還多次提出了周期性的概念．而具有周期性，也是波動(dòng)的一個(gè)重要特征．提出波動(dòng)說的惠更斯卻否認(rèn)振動(dòng)或波動(dòng)的周期性．因此，對牛頓來說，在他的微粒說理論中包含有波動(dòng)說的合理因素．究竟誰是誰非，牛頓認(rèn)為“我只是對尚待發(fā)現(xiàn)的光和它對自然結(jié)構(gòu)的那些效果開始作了一些分析，對它作了幾點(diǎn)提示，而把這些提示留待那些好奇的人們進(jìn)一步去用實(shí)驗(yàn)和觀察來加以證明和改進(jìn)．”牛頓的嚴(yán)謹(jǐn)，兼收并蓄的科學(xué)態(tài)度是值得我們學(xué)習(xí)的，恐怕這也是他成為物理學(xué)大師的原因之一．

（四）理解光的波粒二象性

1、動(dòng)畫（參考媒體資料中的動(dòng)畫“光的波粒二象性”）：當(dāng)我們用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，將感光膠片放在屏的位置上，會(huì)看到什么樣的照片呢？為什么會(huì)有這種現(xiàn)象？

分析圖片：

結(jié)論：

1、左側(cè)圖片清晰的顯示了光的粒子性．

2、光子落在某些條形區(qū)域內(nèi)的可能性較大（對于波的干涉即為干涉加強(qiáng)區(qū)），說明光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大小可以用波動(dòng)規(guī)律進(jìn)行解釋．

得出：光波是一種概率波，概率表征某一事物出現(xiàn)的可能性．

2、讓學(xué)生回憶在研究分子熱運(yùn)動(dòng)時(shí)做過的伽爾頓板實(shí)驗(yàn)：

教師總結(jié)：伽爾頓板實(shí)驗(yàn)中，單個(gè)小球下落的位置是不確定的,但是它落在中間狹槽的可能性要大一些，即小球落在中間的概率較大．

3、思考與討論：

（書中的思考）根據(jù)你的理解，說明概率的意義，舉出幾個(gè)日常生活中的或科學(xué)中的事例，說明哪些事件是個(gè)別出現(xiàn)時(shí)看不出什么規(guī)律，而大量出現(xiàn)時(shí)則顯示出一定的規(guī)律性．

教師總結(jié)：

生活中，涉及概率統(tǒng)計(jì)的事件很多，例如：在研究分子熱運(yùn)動(dòng)時(shí)，研究單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)是毫無意義的，需要研究的是大量分子整體表現(xiàn)出來的規(guī)律，這叫做統(tǒng)計(jì)規(guī)律．

4、讓我們換一個(gè)角度思考——仍然考慮雙縫干涉實(shí)驗(yàn)

當(dāng)光源和感光膠片之間不可能同時(shí)有兩個(gè)和多個(gè)光子時(shí)，長時(shí)間曝光得到的照片仍然和光源很強(qiáng)、曝光時(shí)間較短時(shí)一樣，則光的波動(dòng)性不是光子之間的相互作用引起的．

結(jié)論：波動(dòng)性是光子本身的一種屬性

（五）方法總結(jié)

光既表現(xiàn)出波動(dòng)性，又表現(xiàn)出粒子性，由于微觀世界的某些屬性與宏觀世界不同，而我們的經(jīng)驗(yàn)僅局限于宏觀物體的運(yùn)動(dòng)．在生活中找不到一個(gè)既具有粒子性、又具有波動(dòng)性的物理模型幫助我們研究光子的規(guī)律．

隨著人類認(rèn)識(shí)的范圍不斷擴(kuò)大，不可能直接感知的事物出現(xiàn)在我們的眼前，需要我們建立新的模型，提出新的理論來進(jìn)行研究，對于一種模型，只要能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，它就能在一定范圍內(nèi)表示所研究對象的規(guī)律．

四、例題分析（參考備課資料中的典型例題）

五、教學(xué)說明

人類對自然的探索精神，是激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力．自本節(jié)起，其后的物理各章節(jié)中，包含了大量的物理學(xué)史內(nèi)容．充分利用這些寶貴資料，恰當(dāng)結(jié)合教材內(nèi)容，既能充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，又可以自然地對學(xué)生進(jìn)行辯證唯物主義思想教育，以利于對學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)造性精神的培養(yǎng)．

典型例題

例1光的_________和___________現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性，__________現(xiàn)象說明光具有粒子性．我們無法只用其中一種觀點(diǎn)說明光的一切行為，因而認(rèn)為光具有__________性．

答案：干涉，衍射，光電效應(yīng)，波粒二象

例2根據(jù)光與水波的類比，試解釋在淺海灘邊，不論海中波浪向什么方向傳播，當(dāng)?shù)竭_(dá)岸邊時(shí)為什么總是沿著大約垂直于岸的方向傳來？提示：波在淺水中傳播時(shí)，水越淺，波速越小．

分析：因?yàn)楣鈴墓馐杞橘|(zhì)向光密介質(zhì)傳播時(shí)，光的傳播速度減小，折射角小于入射角，折射線向法線靠攏．如果光在折射率逐漸遞增的連續(xù)介質(zhì)中傳播，可以設(shè)想把連續(xù)介質(zhì)分成許多薄層，光從折射率較小的薄層逐漸進(jìn)入折射率較大的薄層時(shí)，折射線會(huì)越來越向法線靠攏，最終趨向于接近法線的方向．

從深處向海灘邊傳播的水波，波速也逐漸減小，根據(jù)與光的類比，仿佛進(jìn)入折射率逐漸增大的介質(zhì)，所以它的傳播方向跟垂直海岸的方向線之間的夾角也逐漸減小，最終必將沿著大約垂直海岸的方向傳來，并且，這個(gè)結(jié)果與海浪向什么方向傳播無關(guān)．

水波與光波的類比可用圖表示．

討論：惠更斯通過光波與水波等類比提出光的波動(dòng)說時(shí)，由于當(dāng)時(shí)還無法深刻認(rèn)識(shí)到光的本性，從類比得一個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)論，認(rèn)為光跟聲波一樣是縱波．這樣，也就無法用波動(dòng)說解釋橫波所特有的偏振等光現(xiàn)象．因此，在當(dāng)年關(guān)于光的本性的論戰(zhàn)中顯得被動(dòng)，再加上牛頓在科學(xué)界的崇高威望，很長一段時(shí)期中微粒說處于主導(dǎo)地位．

例3光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性。大量光子表現(xiàn)出的_________強(qiáng)，少量光子表現(xiàn)出的________強(qiáng)；頻率高的光子表現(xiàn)出的_________強(qiáng)，頻率低的光子表現(xiàn)出的_________強(qiáng)．

答案：波動(dòng)性，粒子性，粒子性，波動(dòng)性

第五篇：06波粒二象性讀書提綱答案

《波粒二象性》讀書提綱答案

1、一般材料的物體輻射電磁波與哪些因數(shù)有關(guān)？黑體呢？

2、畫出黑體輻射輻射強(qiáng)度隨著溫度變化關(guān)系圖，并用語言說說隨著溫度升高輻射的兩條特點(diǎn)。

3、簡述普朗克的量子論。

4、波特有的現(xiàn)象有哪些？

5、誰最先發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)現(xiàn)象？誰研究了光電效應(yīng)現(xiàn)象？

6、光電效應(yīng)的四條實(shí)驗(yàn)規(guī)律是什么？

7、愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋是什么？

8、什么叫康普頓效應(yīng)？康普頓效應(yīng)能說明什么問題？實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是散射光的波長會(huì)發(fā)生怎樣的變化？如何解釋？

9、哪些現(xiàn)象能說明光具有粒子性？

10、以光的雙縫干涉為例說說光是概率波的原因？

11、誰最先提出一切實(shí)物粒子都具有波粒二象性？物質(zhì)波的波長如何計(jì)算？什么實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f明實(shí)物粒子具有波動(dòng)性。

12、列舉湯姆孫父子的貢獻(xiàn)。

13、光學(xué)顯微鏡分辨率的受到什么限制而無法提高？

14、現(xiàn)在較為先進(jìn)的顯微鏡是什么顯微鏡？如何提高分辨率的？

15、寫出愛因斯坦光電方程，并說說各個(gè)物理量的含義，并畫出圖像。

16、按照頻率減小的順序?qū)懗鲭姶挪ㄗV。并寫出各個(gè)波段產(chǎn)生機(jī)理，和主要特點(diǎn)及應(yīng)用。

17、列舉密立根的貢獻(xiàn)。

18、在什么情況下光表現(xiàn)出很強(qiáng)的粒子性，在什么情況下光表現(xiàn)出很強(qiáng)的波動(dòng)性？

19、在微觀物理學(xué)中可否用軌跡來描述粒子的運(yùn)動(dòng)？為什么？

20、聯(lián)系宏觀和微觀的橋梁是什么？聯(lián)系波動(dòng)性和粒子性的橋梁是？

《波粒二象性》讀書提綱答案

1、一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外還與材料的種類及表面情況有關(guān)。

黑體輻射只與溫度有關(guān)。

2、見3-5課本P28，隨著溫度的升高，各種波長的輻射都增強(qiáng)，峰值向波長較短的方向移動(dòng)。

3、普朗克認(rèn)為電磁波的發(fā)射和接收時(shí)是一份一份不連續(xù)的能量子：E=hν其中E為能量子

h為普朗克常量ν為電磁波的頻率。

4、波特有的現(xiàn)象有：干涉、衍射、多普勒效應(yīng)等。

5、赫茲在研究電磁波的發(fā)射與接收時(shí)最早發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)現(xiàn)象。P.勒納德 J.J.湯姆孫研究了

光電效應(yīng)規(guī)律。

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6、光電效應(yīng)的四條規(guī)律是（1）存在極限頻率（2）瞬時(shí)性，時(shí)間小于109s（3）存在反向

遏止電壓且只與入射光的頻率有關(guān)（4）存在飽和電流

7、（1）選擇性吸收：只吸收頻率符合條件的光子，所以存在極限頻率（無法通過積累來

實(shí)現(xiàn)）（2）一對一，即一個(gè)電子只吸收一個(gè)光子形成光電子，所以具有瞬時(shí)性（無法通過積累來實(shí)現(xiàn)）；也是具有飽和電流的根本原因，受到入射光子數(shù)目的限制（3）愛因斯坦光電方程EK=hν－W0且Ue=EK（W0為該金屬的逸出功；U為反向遏止電壓；EK最大初動(dòng)能）所以Ue= hν－W0所以反向遏止電壓唯一地取決于入射光的頻率而與該頻率入射光的強(qiáng)弱無關(guān)。（圖見3-5課本P31的17.2-3）

8、散射光的波長變長的現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)，康普頓效應(yīng)說明光子具有能量也具有動(dòng)量。

9、光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)都能說明光子具有粒子性。

10、圖見3-5課本P41圖17.4-2，少數(shù)光子的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)出粒子性隨機(jī)性；大量光子的運(yùn)動(dòng)表

現(xiàn)為波動(dòng)性，明條紋處說明光子到達(dá)的幾率多一些，暗條紋處說明光子到達(dá)的幾率低一些。所以說光是概率波。

11、德布羅意最先提出物質(zhì)波的概念，從而說明實(shí)物粒子和光子一樣具有波粒二象性。λ=h/p.電子的衍射實(shí)驗(yàn)說明實(shí)物粒子具有波動(dòng)性。

12、J.J.湯姆孫（父）研究光的效應(yīng)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)電子為原子的組成部分，打破了原子不可再分的神話；G.P.湯姆孫（子）電子束的衍射實(shí)驗(yàn)，證明運(yùn)動(dòng)的實(shí)物粒子具有波動(dòng)性。

13、衍射現(xiàn)象。

14、電子顯微鏡，減小波長從而減小入射光的衍射現(xiàn)象。

15、愛因斯坦光電方程EK=hν－W0（W0為該金屬的逸出功EK最大

初動(dòng)能；ν入射光的頻率）圖像為傾斜直線，斜率為普朗克常量，－W橫軸截距為極限頻率，縱軸截距為逸出功的相反數(shù)。

16、γ射線（原子核能級(jí)躍遷產(chǎn)生的，示蹤原子，光刀）、X射線（原子內(nèi)層電子受到激發(fā)產(chǎn)生的，拍片、透視）、紫外線（原子外層電子受到激發(fā)產(chǎn)生的，具有顯著的熒光效應(yīng)、殺滅細(xì)菌）、可見光（原子外層電子受到激發(fā)產(chǎn)生的）、紅外線（原子外層電子受到激發(fā)產(chǎn)生的，具有顯著的熱效應(yīng)）、電磁波（振蕩電路產(chǎn)生的）。

17、油滴實(shí)驗(yàn)，較為精確的測定了電子的帶電量，說明帶體的帶電量總是元電荷的整數(shù)倍，說明電量也是量子化的。較為精確的測定普朗克常量，驗(yàn)證了光電方程的正確性。

18、碰撞時(shí)（如光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)）、少量光子、頻率較高的光子表現(xiàn)為粒子性；傳播時(shí)、大量光子、頻率較低的光子表現(xiàn)為波動(dòng)性。

19、不能，不確定關(guān)系（見3-5課本P43）

20、聯(lián)系宏觀和微觀的橋梁是阿伏伽德羅常數(shù)；聯(lián)系波動(dòng)性和粒子性的橋梁是普朗克常量。