17.波粒二象性第一、二节巩固学案
《波粒二象性》 导学案
《波粒二象性》导学案一、学习目标1、理解波粒二象性的概念，知道光和微观粒子既具有波动性又具有粒子性。
2、了解光的波动性和粒子性的实验证据，如光的干涉、衍射和光电效应等。
3、掌握描述光的波动性和粒子性的物理量，如波长、频率、动量、能量等，并能进行相关计算。
4、理解波粒二象性的数学表达式，如德布罗意关系式。
5、认识波粒二象性对物理学和现代科学技术的重要影响。
二、学习重难点1、重点（1）光的波动性和粒子性的实验证据及相关现象的解释。
（2）波粒二象性的概念和物理量的理解。
（3）德布罗意关系式的应用。
2、难点（1）对光的波粒二象性的辩证统一理解。
（2）微观粒子波动性的理解和相关计算。
三、知识回顾在学习波粒二象性之前，我们先来回顾一下之前所学的一些相关知识。
1、光的波动性（1）光的干涉：两列频率相同、振动情况相同的光波在空间相遇时，某些区域振动加强，某些区域振动减弱，这种现象叫做光的干涉。
干涉现象是光具有波动性的有力证据，例如杨氏双缝干涉实验。
（2）光的衍射：光在传播过程中遇到障碍物时，能够绕过障碍物的边缘继续传播，这种现象叫做光的衍射。
衍射现象进一步表明了光的波动性。
2、粒子的概念（1）粒子具有确定的质量、动量和位置。
（2）经典物理学中，粒子的运动遵循牛顿运动定律。
四、新课导入我们之前分别从波动性和粒子性的角度来认识光和微观粒子。
但随着科学的发展，人们发现光和微观粒子的行为并不总是符合我们传统的认知。
那么，光和微观粒子到底具有怎样的本质呢？这就引出了我们今天要学习的波粒二象性。
五、知识讲解1、光的波粒二象性（1）光的干涉和衍射现象表明光具有波动性，而光电效应则表明光具有粒子性。
光电效应是指在光的照射下，金属表面发射电子的现象。
实验发现，光电效应的发生存在一个截止频率，只有当入射光的频率大于截止频率时，才会发生光电效应。
而且，光电子的发射几乎是瞬时的，与光的强度无关，而只与光的频率有关。
这些现象无法用经典的电磁波理论来解释，而只能用光子的概念来解释。
全国通用高中物理第十七章波粒二象性第一节能量量子化第二节光的粒子性学案新人教版选修3-5(2021
（全国通用版）2018-2019高中物理第十七章波粒二象性第一节能量量子化第二节光的粒子性学案新人教版选修3-5编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（（全国通用版）2018-2019高中物理第十七章波粒二象性第一节能量量子化第二节光的粒子性学案新人教版选修3-5）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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第一节能量量子化第二节光的粒子性〔情景切入〕1990年,德国物理学家普朗克提出了一个大胆的假设:粒子的能量只能是某一最小能量值的整数倍。
这一假说不仅解决了热辐射问题，同时也改变了人们对微观世界的认识。
光在爱因斯坦的眼里成了“粒子”，电子、质子等在德布罗意看来具有了波动性……光到底是什么?实物粒子真的具有波动性吗？让我们一起进入这种神奇的微观世界，去揭开微观世界的奥秘吧。
〔知识导航〕本章内容涉及微观世界中的量子化现象。
首先从黑体和黑体辐射出发，提出了能量的量子化观点,进而通过实验研究光电效应现象，用爱因斯坦的光子说对光电效应的实验规律做出合理解释，明确了光具有波粒二象性，进而将波粒二象性推广到运动的实物粒子，提出了德布罗意波的概念,经分析和研究得出光波和德布罗意波都是概率波以及不确定性关系的结论。
本章内容可分为三个单元:(第一～二节)主要介绍了能量量子化和光的粒子性；第二单元(第三节)介绍了粒子的波动性；第三单元（第四～五节）介绍了概率波和不确定性关系。
本章的重点是：普朗克的能量量子化假设、光电效应、光电效应方程、德布罗意波。
第十七章波粒二象性全章教学案
第十七章波粒二象性全章教学案一、引言波粒二象性是描述微观粒子性质的基本原理之一。
通过学习波粒二象性的概念和相关实验，可以帮助学生形成对微观世界的完整认识。
本教学案将围绕波粒二象性展开，通过理论探讨和实验操作，帮助学生深入理解波粒二象性的概念和实质。
二、教学目标1.了解波粒二象性的概念和实质；2.掌握波动性和粒子性的基本特征；3.掌握双缝干涉和单缝衍射实验的原理和操作；4.能够分析和解释波动性和粒子性的实验现象。
三、教学内容1. 波粒二象性的概念和实质•波动性：通过实验发现微观粒子也表现出波动性，具有干涉和衍射的特征；•粒子性：微观粒子在测量时表现出局域性，具有位置和动量的确定性。
2. 波动性的实验2.1 双缝干涉实验•实验装置：使用光源、双缝纱片、屏幕等构建实验台；•实验操作：调整光源和缝间距离，观察干涉条纹的出现和变化；•实验结果：观察到明暗相间的干涉条纹，证明了微观粒子具有波动性。
2.2 单缝衍射实验•实验装置：使用光源、单缝纱片、屏幕等构建实验台；•实验操作：调整光源和缝宽，观察衍射图样的出现和变化；•实验结果：观察到衍射图样，证明了微观粒子具有波动性。
3. 粒子性的实验3.1 光电效应实验•实验装置：使用光源、光电管、电压源等构建实验台；•实验操作：调整光源强度和电压，观察光电流的变化；•实验结果：光电流的变化与光源强度成正比，证明了微观粒子具有粒子性。
3.2 康普顿散射实验•实验装置：使用射线源、散射器、探测器等构建实验台；•实验操作：调整射线源和散射角度，观察散射光的能量变化；•实验结果：散射光的能量变化与散射角度成正比，证明了微观粒子具有粒子性。
四、教学方法1.理论讲授：通过教师讲解，介绍波粒二象性的概念、实质和相关实验；2.实验操作：学生进行双缝干涉和单缝衍射实验，以及光电效应和康普顿散射实验；3.讨论交流：经验操作后，学生与教师进行讨论，分析实验现象，归纳。
五、教学评价1.实验报告：学生撰写实验报告，介绍实验目的、操作步骤和结果分析；2.口头评价：教师针对学生实验操作和理论掌握情况进行口头评价；3.同学互评：学生进行同学互评，评价对方的实验报告和理论掌握情况。
高中物理 第十七章 波粒二象性 第一节 能量量子化预习
第一节 能量量子化
预习导航
1．黑体与黑体辐射
(1)热辐射：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，所以叫作热辐射。
(2)黑体：某种物体能够完全吸收入射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．黑体辐射的实验规律
(1)一般材料的物体，辐射电磁波的情况，除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。
(2)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，如图所示。
黑体辐射的实验规律
①随着温度的升高，各种波长的辐射强度都增加。
②随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。
思考黑体是黑色的吗？热辐射一定产生于高温物体吗？
提示：黑体并不是指物体的颜色，它是指能完全吸收电磁波的物体。
热辐射不一定需要高温，任何温度的物体都能发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。
3．能量子
(1)定义：普朗克认为，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，当带电微粒辐射或吸收能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或吸收的，这个不可再分的最小能量值ε叫作能量子。
(2)能量子大小：ε＝hν，其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量。
h＝6.626×10－34J·s(一般取h＝6.63×10－34J·s)。
4．能量的量子化
在微观世界中能量是量子化的，或者说微观粒子的能量是分立的。
高中物理第十七章波粒二象性第一节能量量子化预习导航学案新人教选修
第一节能量量子化预习导航情境导入课程目标19 世纪末、 20 世纪初，在人们为物理学理论大厦几乎完满的构造感觉骄傲的时候，普朗克，一位年青的物理学家，为认识释当时疑惑人们的黑体辐射问题，将不连续性引入了物理学，提出了能量子的观点。
这是一个“大逆不道”、就连普朗克自己都不肯完整接受的观点。
你知道能量子的观点吗？1.知道黑体和黑体辐射，认识黑体辐射的实验规律。
2．认识普朗克能量子的内容，领悟这一科学打破过程中科学家的思想。
1．黑体与黑体辐射(1)热辐射：我们四周的全部物体都在辐射电磁波。
这类辐射与物体的温度相关，因此叫作热辐射。
(2)黑体：某种物体可以完整汲取入射的各样波长的电磁波而不发生反射，这类物体就是绝对黑体，简称黑体。
2．黑体辐射的实验规律(1)一般资料的物体，辐射电磁波的状况，除与温度相关外，还与资料的种类及表面状况相关。
(2)黑体辐射电磁波的强度按波长的散布只与黑体的温度相关，如下图。
黑体辐射的实验规律①跟着温度的高升，各样波长的辐射强度都增添。
②跟着温度的高升，辐射强度的极大值向波长较短的方向挪动。
思虑黑体是黑色的吗？热辐射必定产生于高温物体吗？提示：黑体其实不是指物体的颜色，它是指能完整汲取电磁波的物体。
热辐射不必定需要高温，任何温度的物体都能发出必定的热辐射，不过温度低时辐射弱，温度高时辐射强。
3．能量子(1) 定义：普朗克以为，振动着的带电微粒的能量只好是某一最小能量值ε的整数倍，当带电微粒辐射或汲取能量时，也是以这个最小能量值为单位一份一份地辐射或汲取的，这个不行再分的最小能量值ε叫作能量子。
(2)能量子大小：ε＝ hν，此中ν是电磁波的频次， h 称为普朗克常量。
h＝6.626 ×10 －34 J· s(一般取h＝6.63×10－34 J·s)。
4．能量的量子化在微观世界中能量是量子化的，或许说微观粒子的能量是分立的。
2019高中物理人教版选修3-5习题 第17章 波粒二象性 第1、2节 含答案
第十七章第一、二节基础夯实一、选择题(1～4题为单选题，5、6题为多选题)1．以下宏观概念，哪些是“量子化”的导学号 96140144( )A．木棒的长度B．物体的质量C．物体的动量D．学生的个数答案：D解析：所谓“量子化”应该是不连续的，一份一份的，故选项D正确。
2．关于黑体辐射的强度与波长的关系，下图正确的是导学号 96140145 ( )答案：B解析：根据黑体辐射的实验规律：随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加，故图线不会有交点，选项C、D错误。
另一方面，辐射强度的极大值会向波长较短方向移动，选项A错误，B正确。
3．白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果。
假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比导学号 96140146( ) A．频率变大B．频率不变C．光子能量变大D．波长变长答案：D解析：运动的光子和一个静止的自由电子碰撞时，既遵守能量守恒，又遵守动量守恒。
碰撞中光子将能量hν的一部分传递给了电子，光子的能量减少，波长变长，频率减小，D选项正确。
4．(黑龙江大庆一中2015～2016学年高二下学期检测)关于光电效应现象，下列说法正确的是导学号 96140147( )A．只有入射光的波长大于使该金属发生光电效应的极限波长，才能发生光电效应现象B．在光电效应现象中，产生的光电子的最大初动能跟入射光的频率成正比C．产生的光电子最大初动能与入射光的强度成正比D．在入射光频率一定时，单位时间内从金属中逸出的光电子个数与入射光的强度成正比答案：D解析：根据光电效应方程Ekm ＝hcλ－hcλ0。
入射光的波长必须小于极限波长，才能发生光电效应，故A错误；从光电效应方程知，光电子的最大初动能与照射光的频率成一次函数关系，不是成正比，故B错误。
根据光电效应方程Ekm ＝hν－W，入射光的频率越大，光电子的最大初动能越大，与入射光的强度无关，故C错误。
17.波粒二象性第一、二节学案
第十七章第一、二节一、黑体与黑体辐射1.热辐射:我们周围的一切物体都在辐射_______,这种辐射与物体的_____有关。
2.黑体:指能够_____吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射的物体。
3.一般材料物体的辐射规律:辐射电磁波的情况除与_____有关外,还与材料的_____及_________有关。
4.黑体辐射的实验规律:黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的_____有关,如图所示。
(1)随着温度的升高,各种波长的辐射强度_____。
(2)随着温度的升高,辐射强度的极大值向波长____的方向移动。
【判一判】(1)只有高温物体才能辐射电磁波。
( )(2)能吸收各种电磁波而不反射电磁波的物体叫黑体。
( )(3)温度越高,黑体辐射电磁波的强度越大。
( )二、能量子1.定义:普朗克认为,振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量值ε的_______,当带电微粒辐射或吸收能量时,也是以这个最小能量值为单位_________地辐射或吸收的,这个不可再分的最小能量值ε叫作_______。
2.能量子大小:ε=hν,其中ν是电磁波的频率,h称为_______常量。
h=6.626×10-34J·s(一般取h=6.63×10-34J·s)。
3.能量的量子化:在微观世界中能量是_______的,或者说微观粒子的能量是_____的。
【判一判】(1)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。
( )(2)能量子的能量不是任意的,其大小与电磁波的频率成正比。
( )三、光电效应的实验规律1.光电效应:照射到金属表面的光,能使金属中的___从表面逸出的现象。
2.光电子:光电效应中发射出来的_____。
3.光电效应的实验规律:(1)存在着_____光电流:在光的颜色不变的情况下,入射光越强,饱和电流越大。
这表明对于一定颜色的光,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_____频率:光电子的最大初动能与入射光的频率有关,而与入射光的强弱无关。
光的波粒二象性教案
光的波粒二象性教案一、引言光的波粒二象性是指光既具有波动性质，也具有粒子性质。
这一原理是物理学中的基本概念，对于了解光的本质和行为具有重要意义。
本教案将详细介绍光的波粒二象性。
二、波动性质光的波动性质主要表现在干涉、衍射和折射等现象中。
1. 干涉干涉是指两束或多束光线相遇时产生的明暗干涉条纹。
干涉可以分为构造干涉和破坏干涉两种类型。
构造干涉是指两束相干光相遇时形成的明暗条纹，如杨氏双缝干涉实验。
破坏干涉是指两束或多束不相干光产生的干涉现象，如牛顿环实验。
2. 衍射衍射是指光通过障碍物或经过狭缝后发生的波的改变现象。
它可以使光产生弯曲和扩散的效应，扩散后的光线以波纹形状出现。
例如，光通过狭缝时会在屏幕上形成明暗交替的衍射条纹。
3. 折射折射是指光线由一种介质进入另一种介质后改变传播方向的现象。
折射定律描述了光在两种介质中传播时的关系，即光线入射角、折射角和两种介质的折射率之间的关系。
三、粒子性质光的粒子性质可以从光子理论和光电效应的角度解释。
1. 光子理论根据光子理论，光是由一束束微观颗粒组成的，每个颗粒称为光子。
光子具有能量和动量，并且能够传递这些物理量。
在与物质进行相互作用时，光子的能量和动量可以转移给物质，产生光电效应、康普顿散射等现象。
2. 光电效应光电效应是指当光照射到金属表面时，如果光子的能量大于金属表面的电离能，就会发生电子的解离。
这一现象证实了光的粒子性质，因为只有将光看作粒子的那个观点才能解释光电效应。
四、实验演示为了更加直观地理解光的波粒二象性，以下是一些实验演示的示例：1. 双缝干涉实验将一束单色光通过两个相邻的狭缝，观察在屏幕上形成的干涉条纹。
这一实验可以展示光的波动性质，通过干涉条纹的形成，说明光是波动的。
2. 光电效应实验使用一块金属板和一束单色光照射，观察是否有电子从金属板上解离的现象出现。
如果出现光电效应，说明光具有粒子性质。
3. 衍射实验将单色光通过一个狭缝或障碍物后，观察光的扩散和波纹状在屏幕上的表现。
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课时训练·达标巩固
【基础达标】 一、选择题
1.(多选)(2016·渭南高二检测)下列说法中正确的是 ( ) A.普朗克在研究黑体辐射问题时提出了能量子假说 B.光电效应、康普顿效应说明光具有粒子性
C.黑体辐射,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
D.在康普顿效应中,当入射光子与晶体中的电子碰撞时,把一部分动量转移给电子,因此光子散射后波长变短
2.(多选)用紫光照射某金属恰可发生光电效应,现改用较弱的太阳光照射该金属,则 ( ) A.可能不发生光电效应 B.逸出光电子的时间明显变长 C.逸出光电子的最大初动能不变 D.单位时间逸出光电子的数目变少
3.(多选)(2016·南京高二检测)黑体辐射的实验规律如图所示,以下判断正确的是 ( )
A.在同一温度下,波长越短的电磁波辐射强度越大
B.在同一温度下,辐射强度最大的电磁波波长不是最大的,也不是最小的,而是处在最大与最小波长之间
C.温度越高,辐射强度的极大值就越大
D.温度越高,辐射强度最大的电磁波的波长越短
4.光子有能量,也有动量,动量p=,它也遵守有关动量的规律。
如图所示,真空中,有“∞”形装置可绕通过横杆中点的竖直轴OO′在水平面内灵活地转动,其中左边是圆形黑纸片(吸收光子),右边是和左边大小、质量相同的圆形白纸片(反射光子)。
当用平行白光垂直照射这两个圆面时,关于装置开始时的转动情况(俯视),下列说法中正确的是( )
A.顺时针方向转动
B.逆时针方向转动
C.都有可能
D.不会转动
5.(多选)(2016·承德高二检测)如图所示为一真空光电管的应用电路,其阴极金属材料的极限频率为 4.5×1014Hz,则以下判断正确的是( )
A.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的频率
B.发生光电效应时,电路中光电流的饱和值取决于入射光的强度
C.用λ=0.5μm的光照射光电管时,电路中有光电流产生
D.光照射时间越长,电路中的光电流越大
6.(2016·东城区高二检测)实验得到金属钙的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。
下表中列出了几种金属的截止频率和逸出功,参照下表可以确定的是( )
A.如用金属钨做实验得到的E km-ν图线也是一条直线,其斜率比图中直线的斜率大
B.如用金属钠做实验得到的E km-ν图线也是一条直线,其斜率比图中直线的斜率大
C.如用金属钠做实验得到的E km-ν图线也是一条直线,设其延长线与纵轴交点的坐标为(0,-E k2),则E k2<E k1
D.如用金属钨做实验,当入射光的频率ν<ν1时,可能会有光电子逸出
7.研究光电效应的电路如图所示。
用频率相同、强度不同的光分别照射密封真空管的钠极板(阴极K),钠极板发射出的光电子被阳极A吸收,在电路中形成光电流。
下列光电流I与A、K之间的电压U AK的关系图象中,正确的是( )
【总结提升】光电管中的I-U曲线
(1)图甲所示是光电流I随光电管两极板间电压U的变化曲线,图中
I m为饱和光电流,U c为截止电压。
(2)在用相同频率不同强度的光去照射阴极K时,得到I-U曲线如图乙所示,它显示出对于不同强度的光,U c是相同的。
这说明同频率不同强度的光所产生的光电子的最大初动能是相同的。
(3)如果用不同频率同强度的光去照射阴极K时,实验结果如图丙所示,频率越高,遏止电压U c越大。
二、非选择题
8.“神光Ⅱ”装置是我国规模最大,国际上为数不多的高功率固体激光系统,利用它可获得能量为2400J、波长为0.35μm的紫外激光,已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s,则该紫外激光所含光子数为多少个? 【解析】根据E=Nε=Nhν和ν=得
N==4.2×1021(个)。
答案:4.2×1021个
【能力提升】
1.(1)(多选)产生光电效应时,关于逸出光电子的最大初动能E k,下列说法正确的是( )
A.对于同种金属,E k与照射光的强度无关
B.对于同种金属,E k与照射光的波长成正比
C.对于同种金属,E k与照射光的时间成正比
D.对于同种金属,E k与照射光的频率成线性关系
E.对于不同种金属,若照射光频率不变,E k与金属的逸出功成线性关系
(2)A、B两种光子的能量之比为2∶1,它们都能使某种金属发生光电效应,且所产生的光电子最大初动能分别为E A、E B。
求A、B两种光子的动量之比和该金属的逸出功。
2.(1)(多选)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
E.当照射光的频率ν=4ν0时,光电子的最大初动能为3hν0
(2)小明用金属铷为阴极的光电管,观测光电效应现象,实验装置示意图如图甲所示。
已知普朗克常量h=6.63×10-34J·s。
①图甲中电极A为光电管的___________(选填“阴极”或“阳极”)。
②实验中测得铷的遏止电压U c与入射光频率ν之间的关系如图乙所示,则铷的截止频率νc=___________Hz,逸出功W0=___________J。
③如果实验中入射光的频率ν=7.00×1014Hz,则产生的光电子的最大初动能E k=___________J。