資源簡(jiǎn)介

3 嶄新的一頁(yè)：粒子的波動(dòng)性
知識(shí)點(diǎn)一：光的波粒二象性
1.光的波粒二象性：
光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性。
2.光子的能量：ε=hv
3.光子的動(dòng)量：p=h/λ
注意：物理量ε和p描述光的粒子性，物理量v和λ描述光的波動(dòng)性，h架起了粒子性與波動(dòng)性的橋梁。
知識(shí)點(diǎn)二：粒子的波動(dòng)性
1.德布羅意波：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)，都有一種波與它對(duì)應(yīng)，這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波，也稱物質(zhì)波。
2.波的頻率：v=ε/h
波的波長(zhǎng)：λ=h/p
說(shuō)明：ε為粒子的能量，p為粒子的動(dòng)量
知識(shí)點(diǎn)三：物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
1927年戴維孫和G。P。湯姆孫分別利用晶體做了電子束衍射的實(shí)驗(yàn)，得到了類似下圖的衍射圖樣，從而證實(shí)了電子波動(dòng)性。他們?yōu)榇双@得了1973年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
拓展點(diǎn)一：光的波粒二象性的理解
1.光本性學(xué)說(shuō)的發(fā)展簡(jiǎn)史
2.光的波粒二象性的理解
拓展點(diǎn)二：對(duì)物體波的理解
1．我們平時(shí)所看到的宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們看不見(jiàn)它們的波動(dòng)性，但也有一個(gè)波長(zhǎng)與之對(duì)應(yīng)，例如飛行子彈的波長(zhǎng)約為10—Nm，這個(gè)波長(zhǎng)實(shí)在是太小了。
2．波粒二象性是微觀粒子的特殊規(guī)律，一切微觀粒子都存在波動(dòng)性；宏觀物體也存在波動(dòng)性，只是波長(zhǎng)太小，難以觀測(cè)。
3．對(duì)于光，先有波動(dòng)圖象(即v和入)，其后在量子理論中引入光子的能量ε和動(dòng)量p來(lái)補(bǔ)充它的粒子性。反之，對(duì)于實(shí)物粒子，則先有粒子概念(即ε和p)，再引用德布羅意波
(即v和λ)的概念來(lái)補(bǔ)充它的波動(dòng)性。不過(guò)要注意這里所謂波動(dòng)性和粒子性，實(shí)際上仍然都是經(jīng)典物理學(xué)的概念，所謂補(bǔ)充僅是形式上的。
綜上所述，德布羅意的推想基本上是愛(ài)因斯坦于1905年關(guān)于光子的波粒二象性理論(光粒子由波伴隨著)的一種推廣，使之包括了所有的物質(zhì)微觀粒子。
問(wèn)題一 對(duì)光的波粒二象性的理解
下列有關(guān)光的波粒二象性的說(shuō)法中，正確的是( )
A．有的光是波，有的光是粒子
B．光于與電子是同樣的一種粒子
C．光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，其波動(dòng)性越顯著；波長(zhǎng)越短，其粒子性越顯著
D．大量光予的行為往往顯示出粒子性
[解析] 一切光都具有波粒二象性，光的有些行為(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動(dòng)性，光的有些行為(如光電效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說(shuō)有的光是波，有的光是粒子。
雖然光子與電子都是微觀粒子，都具有波粒二象性，但電子是實(shí)物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實(shí)物粒子，沒(méi)有靜止質(zhì)量，電子是以實(shí)物形式存在的物質(zhì)，光子是以場(chǎng)形式存在的物質(zhì)，所以，不能說(shuō)光子與電子是同樣的一種粒子。
光的波粒二象性的理論和實(shí)驗(yàn)表明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性。光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射性越好，即波動(dòng)性越顯著；光的波長(zhǎng)越短，其光子能量越
大，個(gè)別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應(yīng)，所以其粒子性就很顯著，故選項(xiàng)C正確，A、B、D錯(cuò)誤。
[答案] C
[點(diǎn)評(píng)] 在宏觀現(xiàn)象中，波與粒于是對(duì)立的概念，而在微觀世界中，波與粒子可以統(tǒng)一，微觀世界的某些屬性與宏觀世界不同。光既不是宏觀觀念的波，也不是宏觀觀念的粒子，光具有波粒二象性是指光在傳播過(guò)程中和同物質(zhì)作用時(shí)分別表現(xiàn)出波動(dòng)和粒子的特性。
2 關(guān)于物質(zhì)波，下列認(rèn)識(shí)中錯(cuò)誤的是 ( )
A．任何運(yùn)動(dòng)的物體(質(zhì)點(diǎn))都伴隨一種波，這種波叫物質(zhì)波
B．X射線的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的
C．電子的衍射實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了物質(zhì)波假設(shè)是正確的
D．宏觀物體盡管可以看做物質(zhì)波，但它們不具有干涉、衍射等現(xiàn)象
[解析] 據(jù)德布羅意物質(zhì)波理論知，任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽(yáng)，都有一種波與之相對(duì)應(yīng)，這種波就叫物質(zhì)波，可見(jiàn)，A選項(xiàng)是正確的；由于X射線本身就是一種波，而不是實(shí)物粒子，故X射線的衍射現(xiàn)象，并不能證實(shí)物質(zhì)波理論的正確性，即B選項(xiàng)錯(cuò)誤；電子是一種實(shí)物粒子，電子的衍射現(xiàn)象表明運(yùn)動(dòng)著的實(shí)物粒子具有波動(dòng)性，故C選項(xiàng)是正確的；由電子穿過(guò)鋁箔的衍射實(shí)驗(yàn)知，少量電子穿過(guò)鋁箔后所落位置是散亂的，無(wú)規(guī)律的，但大量電子穿過(guò)鋁箔后落的位置則呈現(xiàn)出衍射圖樣，即大量電子的行為表現(xiàn)出電子的波動(dòng)性，干涉、衍射是波的特有現(xiàn)象，只要是波，都會(huì)發(fā)生干涉、衍射現(xiàn)象，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。綜合以上分析知，本題應(yīng)選B、D。
[答案] BD
[點(diǎn)評(píng)] (1)物質(zhì)波理論上是說(shuō)任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體(如實(shí)物粒子等)都具有波動(dòng)性，即其行為服從波動(dòng)規(guī)律。
(2)物質(zhì)波理論告訴我們，任何微觀粒子都既具有粒子性又具有波動(dòng)性，即與光一樣，也具有波粒二象性。波粒二象性是光子、電子、質(zhì)子等微觀粒子都具有的基本屬性。
問(wèn)題二 物質(zhì)波的理解
3 下列說(shuō)法中正確的是 ( )
A。光的干涉和衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性
B．光的頻率越大，波長(zhǎng)越長(zhǎng)
C．光的波長(zhǎng)越大，光予的能量越大
D。光在真空中的傳播速度為3．00x108m／s
[解析] 光既具有波動(dòng)性又具有粒子性，A正確。由v=λf知B錯(cuò)。
由愛(ài)因斯坦光子理論ε=hv，v=λf知波長(zhǎng)越長(zhǎng)，光頻率越小，光子能量越小，C錯(cuò)。任何光在真空中傳播速度均為3X108m／s，D正確。
[答案] AD
4 以下說(shuō)法正確的是 ( )
A。物體都具有波動(dòng)性
B．抖動(dòng)細(xì)繩一端，繩上的波就是物質(zhì)波
C．通常情況下，質(zhì)子比電子的波長(zhǎng)長(zhǎng)
D．核外電子繞核運(yùn)動(dòng)時(shí)，并沒(méi)有確定的軌道
[解析] 任何物體都具有波動(dòng)性，故A對(duì)，對(duì)宏觀物體而言，其波動(dòng)性難以觀測(cè)，我們所看到的繩波是機(jī)械波，不是物質(zhì)波，故B錯(cuò)。電子的動(dòng)量往往比質(zhì)子的動(dòng)量小，由λ=h/p知，
電子的波長(zhǎng)長(zhǎng)，故C錯(cuò)。核外電子繞核運(yùn)動(dòng)的規(guī)律是概率問(wèn)題，無(wú)確定的軌道，故D對(duì)。
[答案] AD
問(wèn)題三 德布羅意波長(zhǎng)的計(jì)算
5 如果一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)量為10 g的子彈都以103m／s的速度運(yùn)動(dòng)，則它們的德布羅意波的波長(zhǎng)分別是多長(zhǎng)?(中子的質(zhì)量為1．67x10—27kg)
[解析] 本題考查德布羅意波長(zhǎng)的計(jì)算。任何物體的運(yùn)動(dòng)都對(duì)應(yīng)著一個(gè)波長(zhǎng)，根據(jù)公式λ=h/p不難求得結(jié)果。
[答案] 中子的動(dòng)量為p1=mv1，子彈的動(dòng)量為p2=m2v，據(jù)λ=h/p知中子和子彈的德布羅意波長(zhǎng)分別為λ1=h/p1=4x10-10m,λ2=h/p2=6.63x10-35m
[點(diǎn)評(píng)] 計(jì)算時(shí)必須將各物理量統(tǒng)一采用國(guó)際單位。
6 質(zhì)量為60kg的運(yùn)動(dòng)員，百米賽跑的成績(jī)?yōu)?0s，試估算運(yùn)動(dòng)員的德布羅意波的波長(zhǎng)。
[解析] 因?yàn)槭枪浪泐}，可認(rèn)為運(yùn)動(dòng)員勻速運(yùn)動(dòng)，速度v=10m／s。
由公式λ=h/p知運(yùn)動(dòng)員的德布羅意波波長(zhǎng)
λ=h/p=1．1 X10—36mo
[答案] 1．1 x10—36m
問(wèn)題四 物質(zhì)波的應(yīng)用
7 為了觀察晶體的原子排列，采用了以下兩種方法：
(1)用分辨率比光學(xué)顯微鏡更高的電子顯微鏡成像(由于電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)很短，能防止發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象，因此，電子顯微鏡的分辨率高)；(2)利用X射線或中子束得到晶體
的衍射圖樣，進(jìn)而分析出晶體的原子排列。則下列分析中正確的是 ( )
A。電子顯微鏡所利用的是，電子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)比原子尺寸小得多
B．電子顯微鏡中電子束運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)很小
C．要獲得晶體的X射線衍射圖樣，X射線波長(zhǎng)要遠(yuǎn)小于原子的尺寸
D．中子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)可以與原子尺寸相當(dāng)
[解析] 由題目所給信息“電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)很短，能防止發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象”及發(fā)生衍射現(xiàn)象的條件可知，電子的物質(zhì)波的波長(zhǎng)比原子尺寸小得多，A項(xiàng)正確；由信息“利用X射線或中子束得到晶體的衍射圖樣”及發(fā)生衍射現(xiàn)象的條件可知，中子的物質(zhì)波或X射線的波長(zhǎng)與原子尺寸相當(dāng)，D項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)。
[答案] AC
8 太陽(yáng)光垂直射到地面上時(shí)，1 m2地面接受的太陽(yáng)光的功率為1．4kW，其中可見(jiàn)光部分約占45％。 假如認(rèn)為可見(jiàn)光的波長(zhǎng)約為0．55 μm，日地間距離R=1．5xlO11m。普朗克常量h=6．6x10—34j·s，估算太陽(yáng)每秒輻射出的可見(jiàn)光光子為多少?
[解析] 設(shè)地面上垂直陽(yáng)光的1 m2面積上每秒鐘接收的可見(jiàn)光光子數(shù)為n。則有
Ptx45％=nhc/λ
解得n=1．75x1021(個(gè))。
[答案] 1．75x1021個(gè)

展開(kāi)更多......

收起↑