课件28张PPT。期中测试卷试卷讲评一、选择题 1. 一人静止在完全光滑的冰面上，现欲滑离冰面，下列方法中可行的是( )
A.向后踢腿
B.手臂向后甩
C.在冰面上滚动
D.脱下外衣水平抛出 2.如图1所示，质
量为m的小车的水平
底板两端各装一根完
全一样的弹簧，小车底板上有一质量为
的滑块，滑块与小车、小车与地面的摩擦都不计。当小车静止时，滑块以速度v从中间向右运动，在滑块来回与左右弹簧碰撞的过程中( ) A.当滑块速度方向向右，大小为 时，一定是右边的弹簧压缩量最大
B.右边弹簧的最大压缩量大于左边弹簧的最大压缩量
C.左边弹簧的最大压缩量大于右边弹簧的最大压缩量
D.两边弹簧的最大压缩量相等 3.如图2所示是质量
为M的密闭汽缸置于光
滑水平面上，缸内设一
隔板P，隔板右边是真
空，隔板左边是质量为
m的高压气体，若将隔板突然抽去，则汽缸的运动情况是( ) A.保持静止
B.向左移动一定
距离后恢复静止
C.向左移动一定
距离后继而做匀速直线运动
D.先向左移动，后向右移动回到原来位置 4.如图3所示为A、B两
物体相互作用前后的图线，
则由图可判断( )
A. A、B的质量比为3:2
B. A、B作用前后总动量守恒
C. A、B作用前后总动量不守恒
D. A、B作用前后总动能不变 5.一个物体静置于光滑水平面上，外面扣一质量为M的盒子，如图4甲所示。现给盒子一初速度v0，此后，盒子运动的v－t图象呈周期性变化，如图4乙所示。则盒内物体的质量为( )
A.M
B.2M
C.M/2
D.M/4 6.一细束平行光经玻
璃三棱镜折射后分解为
互相分离的三束光，分
别照射到相同的金属板
a、b、c上，如图5所示。
已知金属板b有光电子放出，则可知( )
A.板a一定不放出光电子
B.板a一定放出光电子
C.板c一定不放出光电子
D.板c一定放出光电子 7.某种金属的逸出功为2.3eV，这意味着( )
A.这种金属内部的电子克服原子核引力做2.3eV的功即可脱离表面
B.这种金属表层的电子克服原子核引力做2.3eV的功即可脱离表面
C.要使这种金属有电子逸出，入射光子的能量必须大于2.3eV
D.这种金属受到光照时若有电子逸出，则电子离开金属表面时的动能至少等于2.3eV 8.如图6所示为光电管
电路的示意图，在光电管
电路中( )
A.光照射到光电管的
A极产生光电子并飞向K极
B.光照射到光电管的
K极产生光电子并飞向A极
C.能够把光信号转变为电信号
D.电路中的电流是由光电子的运动形成的 9.1924年法国物理学家德布罗意提出物质波的概念，任何一个运动着的物体，小到电子，大到行星、恒星都有一种波与之对应，波长为λ=h/p，p为物体运动的动量，h是普朗克常量。同样，光也具有粒子性，光子的动量为：p=h/λ。根据上述观点可以证明一个静止的自由电子如果完全吸收一个γ光子，会发生下列情况：设光子频率为v，则E=hv，p=h/λ=hv/c，被电子吸收后有hv= mev2，hv/c=mev。由以上两式可解得：v=2c，电子的速度为两倍光速，显然这是不可能的。关于上述过程以下说法正确的是( ) A.因为在微观世界动量守恒定律不适用，上述论证错误，所以电子可能完全吸收一个γ光子
B.因为在微观世界动量守恒定律仍然适用，上述论证错误，所以电子不可能完全吸收一个γ光子
C.动量守恒定律、能量守恒定律是自然界中普遍适用的规律，所以唯一结论是电子不可能完全吸收一个γ光子
D.若γ光子与一个静止的自由电子发生作用，则γ光子被电子散射后频率不变 10.现代物理学认为，光和实物粒子都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动性的是( )
A.一定频率的光照射到锌板上，光的强度越大，单位时间内锌板上发射的光电子数就越多
B.肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的 C.质量为10－3kg、速度为10－2m/s的小球，其德布罗意波长约为10－23m，不过我们能清晰地观测到小球运动的轨迹
D.人们常利用热中子研究晶体的结构，因为热中子的德布罗意波长与晶体中原子间距大致相同 11.太阳表面温度约为6000K，主要发出可见光；人体温度约为310K，主要发出红外线；宇宙间的温度约为3K，所发出的辐射称为“3K背景辐射”，它是宇宙“大爆炸”之初在空间上保留下的余热，若要进行“3K背景辐射”的观测，应该选择下列哪一个波段( )
A.无线电波 B.紫外线
C.X射线 D.γ射线 12.1961年德国学者约恩孙发表了一篇论文，介绍了他用电子束进行的一系列衍射和干涉实验。其中他做的双缝干涉实验与托马斯·杨用可见光做的双缝干涉实验所得的图样基本相同，这是对德布罗意的物质波理论的又一次实验验证。约恩孙实验时用50kV的电压加速电子束，然后垂直射到间距为毫米级的双缝上，在与双缝距离约为35cm的衍射屏上得到了干涉条纹，但条纹间距很小。下列四组方法中。一定能使条纹间距变大的是( )
A.降低加速电子的电压，同时加大双缝间的距离
B.降低加速电子的电压，同时减小双缝间的距离
C.加大双缝间的距离，同时使屏靠近双缝
D.减小双缝间的距离，同时使屏靠近双缝二、非选择题 13.要使一个中性锂原子最外层的电子脱离锂原子所需的能量是5.39eV，要使一个中性氟原子结合一个电子形成一个氟离子所放出的能量是3.51eV，则将一个电子从锂原子转移到氟原子所须提供的能量为_________eV。 14.根据热辐射理论，物体发出的最大波长为λm与物体的据对温度T关系满足：Tλm=2.90×10－3m·K，若猫头鹰的猎物——蛇在夜间体温为300K，则它发出光的最大波长为________m。 15.一个手电筒灯泡在3V的电压下，通过0.250A的电流，灯泡所发出的光会聚后形成一个面积为10cm2的平行光束。如果灯泡所消耗的能量中有1％转化为波长6×10－7m的可见光，则沿光的传播方向上1m长的光束内的光子数是___________个。 16.紫外线能杀死细菌，也能破坏正常的细胞，太阳光中的紫外线还能在大气层平流层中形成臭氧层，臭氧层形成后又能吸收大量的紫外线，从而使地球上的生物体免受紫外线的伤害。请回答下列问题：
(1)已知能量为8.3×10－19J的光子恰好能破坏细胞等生命组织，那么用来杀菌的紫外线的波长是多少?(普朗克常量h=6.63×10－34J·s) (2)一个光子被一个氧分子吸收，能分解成氧原子，并生成臭氧分子，其化学方程式是：
那么氧气变成1mol臭氧要吸收多少个这样的光子? 17.和平号空间站(核
心舱)质量为m1=21000kg，
曾在地球上空的350km到
400km的轨道上以28000
km/h的速度运行，为了
给它送去能源及必要的
设备等，地面控制中心让质量m2=11000kg的量子号宇宙飞船进入和平号运行轨道，并以28000.72km/h的速度与和平号对接(如图7所示)，对接成一体的任务，要求在3s钟内完成，求： (1)量子号对和平号
的平均作用力及方向。
(2)和平号对量子号
的平均作用力及方向。
(3)根据(1)(2)数据，推理出一个什么规律? 18.一轻质弹簧，
两端连接两滑块A和
B，已知mA=0.99kg，
mB=3kg，静止放在
光滑水平桌面上，开始时弹簧处于原长。现滑块A被水平飞来的质量为mC=10g，速度为v0=400m/s的子弹击中，且没有穿出，如图8所示，试求：
(1)子弹击中A的瞬间，A和B的速度。
(2)以后运动过程中弹簧的最大弹性势能。
(3)B可获得的最大动能。再见课件13张PPT。单元检测卷一一、选择题 1.如图1所示，两个质量相同的物体在同一高度沿倾角不同的两个光滑斜面由静止自由滑下，到达斜面底端的过程中，两物体具有相同的物理量是( )
A.重力的冲量
B.弹力的冲量
C.合力的冲量
D.刚到底端时动量的大小 2.关于冲量、动量和动量的变化，下列说法中正确的是( )
A.物体的动量等于物体所受冲量
B.物体所受合外力的冲量大小等于物体动量变化的大小
C.物体所受合外力的冲量方向与物体动量变化的方向相同
D.物体的动量变化方向与物体的动量方向相同 3.玻璃杯从同一高度落下，掉在水泥地面上比掉在草地上容易碎，这是由于玻璃杯和水泥地面碰撞的过程中( )
A.玻璃杯的动量较大
B.玻璃杯受到的冲量较大
C.玻璃杯的动量变化较大
D.玻璃杯动量变化较快 4.如图2所示，小车质
量为M，放在光滑的水平
地面上，小车两端各有弹
性挡板P和Q。今给小车内
一质量为m的小球施以一冲量，使之获得向右速度v0，小球以后就在小车内粗糙底板上运动，并与P、Q多次发生碰撞(碰撞时动能无损失)。则小球最终速度为( ) 5.如图3所示，子弹以水平速度v0射向原来静止在光滑水平面上的木块，并留在木块中，和木块一起运动。在子弹和木块相互作用的过程中，下列说法中正确的是( )
A.子弹减少的动能一定等于木块增加的动能
B.子弹减少的动量一定等于木块增加的动量
C.子弹速度的减少一
定等于木块速度的增加
D.系统减少的动能一
定等于系统增加的内能 6.如图4所示，质量为m的小物块，在与水平方向成α角的力F作用下，沿光滑水平面运动，物块通过A点和B点的速度分别是vA和vB，物块由A运动到B的过程中，力F对物块做功W和力F对物块作用的冲量I的大小分别是 ( ) 7.一根质量不计，长
1m能承受最大拉力为14N
的绳子，一端固定在天花
板上，另一端系一质量为
1kg的小球，整个装置处于
静止状态，如图5所示。若
要将绳子拉断，作用在球上的水平冲量至少应为________N·s。(g=10m/s2)二、非选择题 8.在一光滑水平面上自左向右依次放置着质量为2n－1m(n=1、2、3……)的一系列物体，另有一质量为m的物体A以水平向右的速度v运动，并先后与物体1、2、3……依次碰撞，且每次碰撞后都粘在一起。则在碰撞________次后物体A的动量小于原来的 ． 9.左端固定一长
度为L的轻质弹簧且
质量为M的小车静止
在光滑水平面上，车
内存在摩擦，其右端有一质量为m的小铜块(可视为质点)以速度v0向左运动，并与弹簧相碰，而后恰好停在小车右端(没与右壁作用)。如图6所示，求铜块与弹簧作用过程中弹簧获得的最大弹性势能。 10.如图7所示，
在平静的水面上漂
浮着一块质量为M
=150g的带有支架
的木板，木板左边
的支架上静静地蹲
着两只质量各为m=50g的肯蛙，支架高h=20cm，支架右方的水平木板长S=120cm。突然，其中一只青蛙先向右水平跳出，恰好进入水中；第一只青蛙落水向另一只也向右水平地跳出，也恰好进人水中。请计算：(忽略水的阻力，g取10m/s2，保留两位有效数字。) (1)第一只青蛙
为了能直接跳入水
中，它相对水面跳
出的初速度v1至少
是多大?
(2)第二只青蛙为了能直接跳入水中，它相对水面跳出的初速度v2至少又是多少?
(3)在上述过程中，哪一只青蛙消耗的体能大一些?请简述理由。再见课件25张PPT。第十七章 波粒二象性第一节 能量量子化：
物理学的新纪元
19世纪末页，牛顿定律在各个领域里都取得了很大的成功：在机械运动方面不用说，在分子物理方面，成功地解释了温度、压强、气体的内能。在电磁学方面，建立了一个能推断一切电磁现象的 Maxwell方程。另外还找到了力、电、光、声----等都遵循的规律---能量转化与守恒定律。当时许多物理学家都沉醉于这些成绩和胜利之中。他们认为物理学已经发展到头了。 1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言: “科学的大厦已经基本完成，后辈的物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”
--开尔文 但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面再加几位罢了！这两朵乌云是指什么呢？一朵与黑体辐射有关，
另一朵与迈克尔逊实验有关。然而, 事隔不到一年(1900年底)，就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着(1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路, 柳暗花明又一村． 固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。1. 热辐射现象黑体与黑体辐射固体在温度升高时颜色的变化一、 热辐射及其特点1. 热辐射由于分子热运动导致物体辐射电磁波温度不同时,辐射的波长分布不同 例如：铁块 温度?
从看不出发光到暗红到橙色到黄白色这种与温度有关的辐射称为热辐射
热辐射 --- 热能转化为电磁能的过程2. 对热辐射的初步认识任何物体任何温度均存在热辐射温度? 发射的能量?→电磁波的短波成分?如一个20瓦的白炽灯和一个200瓦的白炽灯昏黄色贼亮 刺眼直觉:
低温物体发出的是红外光
炽热物体发出的是可见光
高温物体发出的是紫外光
注意：
热辐射与温度有关
激光 日光灯发光不是热辐射二、平衡热辐射
加热一物体，物体的温度恒定时：物体所吸收的能量等于在同一时间内辐射的能量．这时得到的辐射称为平衡热辐射．能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。简称黑体2. 黑体辐射实验规律 不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。黑体模型 研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。黑体模型空腔上的小孔
炼钢炉上的小洞向远处观察打开的窗子
近似黑体平衡态时，黑体辐射只依赖于物体的温度,与构成黑体的材料，形状无关实验装置T平行光管三棱镜T实验结果黑体辐射实验是物理学晴朗天空中
一朵令人不安的乌云。3.能量子假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε, 1ε, 2ε, 3ε, ... nε. n为正整数，称为量子数。能量量子经典 对于频率为ν的谐振子最小能量为λ(μm)1 2 3 5 6 8 947普朗克实验值普朗克的能量子假说和黑体辐射公式1.黑体辐射公式1900.10.19 普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式M.Planck 德国人 1858－1947 普朗克后来又为这种与经典物理格格不入的观念深感不安，只是在经过十多年的努力证明任何复归于经典物理的企图都以失败而告终之后，他才坚定地相信h的引入确实反映了新理论的本质。
1918年他荣获诺贝尔物理学奖。
他的墓碑上只刻着他的姓名和 黑体辐射的研究卓有成效地展现在人们的眼前，紫外灾难的疑点找到了，为人类解决了一大难题。使热爱科学的人们又一次倍感欣慰，但真理与谬误之争就此平息了吗？物理难题：1888年，霍瓦(Hallwachs)发现一个带负电的金属板被紫外光照射会放电。近10年以后，1897年，J.Thomson发现了电子 ，此时，人们认识到那就是从金属表面射出的电子，后来，这些电子被称作光电子(photoelectron)，相应的效应叫做光电效应。人们本着对光的完美理论（光的波动性、电磁理论）进行解释会出现什么结果？ 再见课件21张PPT。第十七章 波粒二象性第二节 光的粒子性
（第1课时）
问题1：回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？用弧光灯照射擦得很亮的锌板，(注意用导线与不带电的验电器相连），使验电器张角增大到约为 30度时，再用与丝绸磨擦过的玻璃棒去靠近锌板，则验电器的指针张角会变大。一、光电效应现象表明锌板在射线照射下失去电子而带正电定义：在光(包括不可见光)的照射下，从物体发射电子的现象叫做光电效应。发射出来的电子叫做光电子石英窗 光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出——光电子。光电子在电场作用下形成光电流。二.光电效应的实验规律1. 光电效应实验 将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。 当 K、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 Uc 时，光电流恰为0。 Uc称遏止电压。遏止电压IUcOU光强较弱光电效应伏安特性曲线光电效应实验装置遏
止
电
压2、光电效应的实验规律IIsUcOU光强较强光强较弱光电效应伏安特性曲线光电效应实验装置遏
止
电
压饱
和
电
流
2、光电效应的实验规律①.光电流与光强的关系饱和光电流强度与入射光强度成正比。2、光电效应的实验规律IIsUcOU光强较强光强较弱遏
止
电
压饱
和
电
流
②.截止频率?c ----极限频率对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率?c 。 当入射光频率? > ?c 时，电子才能逸出金属表面；当入射光频率? < ?c时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。IIsUcOU光强较强光强较弱遏
止
电
压饱
和
电
流
③光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需时间<10-9s。IIsUcOU光强较强光强较弱遏
止
电
压饱
和
电
流
经典理论无法解释光电效应的实验结果。 经典认为，按照经典电磁理论，入射光的光强越大，光波的电场强度的振幅也越大，作用在金属中电子上的力也就越大，光电子逸出的能量也应该越大。也就是说，光电子的能量应该随着光强度的增加而增大，不应该与入射光的频率有关，更不应该有什么截止频率。 光电效应实验表明：饱和电流不仅与光强有关而且与频率有关，光电子初动能也与频率有关。只要频率高于极限频率，即使光强很弱也有光电流；频率低于极限频率时，无论光强再大也没有光电流。 光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的积累过程。 为了解释光电效应，爱因斯坦在能量子假说的基础上提出光子理论，提出了光量子假设。3.爱因斯坦的光量子假设1）内容 光不仅在发射和吸收时以能量为h?的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为? 的光是由大量能量为 ? =h? 光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。 在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功A，另一部分变为光电子逸出后的动能 Ek 。由能量守恒可得出：2）爱因斯坦光电效应方程W0为电子逸出金属表面所需做的功，称为逸出功． 为光电子的最大初动能。 3. 从方程可以看出光电子初动能和照射
光的频率成线性关系
4.从光电效应方程中，当初动能为零时，
可得极极限频率：3）爱因斯坦对光电效应的解释：
1. 光强大，光子数多，释放的光电子也
多，所以光电流也大。
2. 电子只要吸收一个光子就可以从金属
表面逸出，所以不需时间的累积。 由于爱因斯坦提出的光子假说成功地说明了光电效应的实验规律,荣获1921年诺贝尔物理学奖。 爱因斯坦光子假说圆满解释了光电效应，但当时并未被物理学家们广泛承认，因为它完全违背了光的波动理论。4）光电效应理论的验证 美国物理学家密立根，花了十年时间做了“光电效应”实验，结果在1915年证实了爱因斯坦方程，h 的值与理论值完全一致，又一次证明了“光量子”理论的正确。爱因斯坦由于对光电效应的理论解释和对理论物理学的贡献获得1921年诺贝尔物理学奖密立根由于研究基本电荷和光电效应，特别是通过著名的油滴实验，证明电荷有最小单位。获得1923年诺贝尔物理学奖。 可以用于自动控制，自动计数、自动报警、自动跟踪等。4.光电效应在近代技术中的应用1）光控继电器可对微弱光线进行放大，可使光电流放大105~108 倍，灵敏度高，用在工程、天文、科研、军事等方面。2）光电倍增管光电管
光电源电流计IAK再见课件17张PPT。第十七章 波粒二象性第二节 光的粒子性
（第2课时）
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相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长 和散射物质都无关。一.康普顿散射的实验装置与规律：晶体 光阑探
测
器?0散射波长?康普顿正在测晶体对X 射线的散射 按经典电磁理论：
如果入射X光是某
种波长的电磁波，
散射光的波长是
不会改变的！康普顿散射曲线的特点：1.除原波长?0外出现了移向长波方向的新的散射波长? 。2.新波长? 随散射角的增大而增大。 散射中出现 ?≠?0 的现象，称为康普顿散射。波长的偏移为遇到的困难经典电磁理论在解释康普顿效应时2.无法解释波长改变和散射角的关系。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.光子理论对康普顿效应的解释 康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果，具体解释如下：
1. 若光子和外层电子相碰撞，光子有部分能量传给电子,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。一 三.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。康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进来了某种荧光辐射”；在计算中起先只考虑能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。康普顿,1927年获诺贝尔物理学奖(1892-1962)美国物理学家1925—1926年，吴有训用银的X射线(?0 =5.62nm)
为入射线, 以15种轻重不同的元素为散射物质，在同一散射角( )测量
各种波长的散射光强度，作
了大量 X 射线散射实验。四、吴有训对研究康普顿效应的贡献1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作.对证实康普顿效应作出了
重要贡献。光子的能量和动量动量能量是描述粒子的,
频率和波长则是用来描述波的.称为电子的Compton波长只有当入射波长?0与?c可比拟时，康普顿效应才显著，因此要用X射线才能观察到康普顿散射，用可见光观察不到康普顿散射。波长的偏移只与散射角? 有关，而与散射物质种类及入射的X射线的波长?0 无关，?c = 0.0241?=2.41?10-3nm（实验值）再见课件15张PPT。第十七章 波粒二象性第三节 崭新的一页：粒子的波动性（第1课时）
德布罗意波 波粒二象性一、德布罗意的物质波德布罗意 (due de Broglie, 1892-1960) 法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。 德布罗意原来学习历史，后来改学理论物理学。他善于用历史的观点，用对比的方法分析问题。
1923年，德布罗意试图把粒子性和波动性统一起来。1924年，在博士论文《关于量子理论的研究》中提出德布罗意波,同时提出用电子在晶体上作衍射实验的想法。
爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义，誉之为“揭开一幅大幕的一角”。 能量为E、动量为p的粒子与频率为v、波长为?的波相联系，并遵从以下关系：E=mc2=hv 这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波(物质波或概率波),其波长?称为德布罗意波长。一切实物粒子都有波动性吗?
后来，大量实验都证实了微观粒子如质子、中子和原子、分子等实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布洛意关系。
一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？
质量 m = 0.01kg，速度 v = 300 m/s 的子弹的德布洛意波长为
计算结果表明，子弹的波长小到实验难以测量的程度。所以，宏观物体只表现出粒子性。由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去，得出物质波（德布罗意波）的概念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长。 【例1】试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。解：估计一个中学生的质量m≈50kg ，百米跑时速度v≈7m/s ，则
由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性。例题2 (1)电子动能Ek=100eV；(2)子弹动量p=6.63×106kg.m.s-1, 求德布罗意波长。 解 (1)因电子动能较小，速度较小，可用非相对论公式求解。=1.23?(2)子弹:= 1.0×10-40m 可见，只有微观粒子的波动性较显著；而宏观粒子(如子弹)的波动性根本测不出来。h= 6.63×10-34J·s 一个质量为m的实物粒子以速率v 运动时，即具有以能量ε和动量P所描述的粒子性，同时也具有以频率ν和波长λ所描述的波动性。德布罗意关系如速度v=5.0?102m/s飞行的子弹，质量为m=10-2kg，对应的德布罗意波长为：如电m=9.1?10-31kg，速度v=5.0?107m/s, 对应的德布罗意波长为：太小测不到！X射线波段2、戴维逊－革末实验 1927年，Davisson和Germer 进行了电子衍射实验。
（该实验荣获1937年Nobel 物理学奖） 电子束垂直入射到镍单晶的水平面上，在 散射方向上探测到一个强度极大。 （可用晶体对X射线的衍射方法来分析）再见课件15张PPT。第十七章 波粒二象性第四节 概率波
? 电子双缝衍射 1) 用足够强的电子束进行双缝衍射 ?—— 出现了明暗相间的衍射条纹，体现电子的波动性—— 衍射条纹掩饰了电子的粒子性
未能体现电子在空间分布的概率性质 —— 得到的结果与光的双缝衍射结果一样 2) 用非常弱的电子束进行双缝衍射 ?—— 单个电子的运动方向是完全不确定的
具有概率分布一定条件下，电子运动方向的概率具有确定的规律 —— 开始电子打在屏幕上的位置是任意的
随着时间推移，电子具有稳定的分布
出现清晰衍射条纹
和强电子束在短时间形成的一样 ? 物质波不是经典波 —— 经典的波是介质中质元共同振动 的形成的
双缝衍射中体现为无论电子强度多 么弱
屏幕上出现的是强弱连续分布的衍 射条纹 —— 实际上在电子强度弱的情形中
电子在屏幕上的分布是随机的，完 全不确定的 ? 微观粒子不是经典粒子 —— 经典粒子双缝衍射 —— 子弹可以看作是经典粒子
假想用机关枪扫射双缝A和B，屏 幕C收集子弹数目 1) 将狭缝B挡住—— 子弹通过A在屏幕C上有一定的分布 —— 类似于单缝衍射的中央主极大
P1 —— 子弹落在中央主极大范围的概率分布 2) 将狭缝A 挡住—— 子弹通过狭缝B在屏幕C上有一定的 分布 —— 类似于单缝衍射的中央主极大
P2 —— 子弹落在中央主极大范围的概率分 布 3) A和B狭缝同时打开—— 子弹是经典粒子
原来通过A狭缝的子弹 —— 还是通过A
原来通过B狭缝的子弹 —— 还是通过B屏幕C上子弹的概率分布不因两个狭缝同时打开
每颗子弹会有新的选择！ —— 电子双缝衍射—— 电子枪发射出的电子，在屏幕P上 观察电子数目1) 将狭缝B挡住—— 电子通过狭缝A
在屏幕C有一定分布
—— 类似于单缝衍射
的中央主极大 2) 将狭缝A挡住—— 电子通过狭缝B在屏幕C上有一定 的分布
类似于单缝衍射的中央主极大3）A和B狭缝同时打开—— 如果电子是经典粒子
原来通过A狭缝的电子 —— 还是 通过A
原来通过B狭缝的电子 —— 还是 通过B 屏幕上电子的概率分布屏幕C —— 实际观察到类似光的双缝衍射条纹屏幕C上电子的概率分布—— 只开一个狭缝和同时开两个狭缝
电子运动的方向具有随机性 ?—— A和B狭缝同时开时
电子似乎“知道”
两个狭缝都打开！ 双缝和屏幕之间 —— 到底发生了什么？
屏幕上电子的分布 —— 有了新的概率分布电子 —— 不是经典粒子 光子在某处出现的概率由光在该处的强度决定I 大 光子出现概率大I小 光子出现概率小统一于概率波理论光子在某处出现的概率和该处光振幅的平方成正比再见课件18张PPT。第十七章 波粒二象性第五节 不确定性关系
一、德布罗意波的统计解释 1926年，德国物理学玻恩 (Born , 1882--1972) 提出了概率波，认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性，但是大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统计规律。
玻恩(M. Born. 1882-1970)德国物理 学家。1926年提出波函数的统计意义。为此与博波(W.W.G Bothe. 1891-1957)共享1954年诺贝尔物理学奖。
玻 恩M. Born. 二、经典波动与德布罗意波(物质波)的区别 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。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）。一、电子衍射中的不确定度 一束电子以速度 v 沿 oy 轴射向狭缝。 电子在中央主极大区域出现的几率最大。 在经典力学中，粒子（质点）的运动状态用位置坐标和动量来描述，而且这两个量都 可以同时准确地予以测定。然而，对于具有二象性的微观粒子来说，是否也能用确定的坐标和确定的动量来描述呢？下面我们以电子通过单缝衍射为例来进行讨论。
设有一束电子沿 轴射向屏AB上缝宽为 的狭缝，于是，在照相底片CD上，可以观察到如下图所示的衍射图样。如果我们仍用坐标 和动量 来描述这一电子的运动状态，那么，我们不禁要问：一个电子通过狭缝的瞬时，它是从缝上哪一点通过的呢?也就是说，电子通过狭缝的瞬时，其坐标 为多少?显然，这一问题，我们无法准确地回答，因为此时该电子究竟在缝上哪一点通过是无法确定的，即我们不能准确地确定该电子通过狭缝时的坐标。对于第一衍射极小， 式中? 为 电子的德布罗意波长。 电子通过狭缝的瞬间，其位置在 x 方向上的不确定量为 电子的位置和动量分别用 和 来表示。 同一时刻，由于衍射效应，粒子的速度方向有了改变，缝越小，动量的分量 Px变化越大。分析计算可得: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。 不确定性关系经严格证明应为：这就是著名的海森伯测不准关系式（约化普朗克常量） 能量与时间的不确定关系： 原子在激发态的平均寿命 相应地所处能级的能量值一定有一不确定量。称为激发态的能级宽度。 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:? 子弹的动量动量的不确定范围由不确定关系式(17-17)，得子弹位置的不确定范围 我们知道原子大小的数量级为10-10m，电子则更小。在这种情况下，电子位置的不确定范围比原子的大小还要大几亿倍，可见企图精确地确定电子的位置和动量已是没有实际意义。 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?: 电子的动量为动量的不确定范围由不确定关系式，得电子位置的不确定范围 宏观物体 微观粒子
具有确定的坐标和动量 没有确定的坐标和动量
可用牛顿力学描述。 需用量子力学描述。
有连续可测的运动轨道，可 有概率分布特性，不可能分辨
追踪各个物体的运动轨迹。 出各个粒子的轨迹。
体系能量可以为任意的、连 能量量子化 。
续变化的数值。
不确定度关系无实际意义 遵循不确定度关系微观粒子和宏观物体的特性对比 不确定关系式表明：
１．微观粒子的坐标测得愈准确(? x?0) ，动量就愈不准确(?px??) ；
微观粒子的动量测得愈准确(?px?0) ，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。 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。２．为什么微观粒子的坐标和动量不能同时测准?再见课件13张PPT。课后作业单元检测卷三一、选择题 1.在下列各组所说的两个现象中，表现出光具有粒子性的是( )
A.光的折射现象、偏振现象
B.光的反射现象、干涉现象
C.光的衍射现象、色散现象
D.光电效应现象、康普顿效应 2.绿光照射到某金属表面发生光电效应，则( )
A.增大绿光强度，光电子的初动能将增大
B.改用蓝光照射，光电子的初动能一定增大
C.改用黄光照射，一定也能产生光电效应
D.增大绿光强度，单位时间内放出的光电子数目将增多 3.关于光的波粒二象性的理解正确的是( )
A.大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性
B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子
C.高频光是粒子，低频光是波
D.波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著 4.人眼对绿光最为敏感，正常人的眼睛接收到波长为530nm的绿光时，只要每秒有6个绿光的光子射入瞳孔，眼睛就能察觉。普朗克常量为6.63×10－34J·s，光速为3.0×108m/s，则人眼能察觉到绿光时所接收到的最小功率是( )
A. 2.3×10－18W B. 3.8×10－19W
C. 7.0×10－48W D. 1.2×10－48W 5.用波长为λ1和λ2的单色光A和B分别照射两种金属C和D的表面。单色光A照射两种金属时都能产生光电效应现象；单色光B照射时，只能使金属C产生光电效应现象，不能使金属D产生光电效应现象。设两种金属的逸出功分别为WC和WD，则下列选项正确的是( ) 6.如图1，当电键K断开
时，用光子能量为2.5eV的
一束光照射阴极P，发现电
流表读数不为零。合上电键，
调节滑线变阻器，发现当电
压表读数小于0.60V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二、非选择题 7.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初动能为1.0eV，入射光的波长应为_____________. 8.一激光器发光功率为P，发出的激光在折射率为n的媒质中的波长为λ。若在真空中速度为c，普朗克常量为h，则该激光器在ts内辐射的光子数为____________。 9.已知每秒从太阳射到地球的垂直于太阳光的每平方米截面上的辐射能为1.4×103J，其中可见光部分约占45%，假如认为可见光的波长均为5.5×10-7m，太阳向各方向的辐射是均匀的，日地间距离为1.5×1011m，普朗克常量h=6.6×10-34J·s，估算出太阳每秒钟辐射出的可见光子数是多少？ 10.现在纳米技术已经广泛应用到社会生产、生活的各个方面。将激光束的宽度聚光到纳米级范围内，可以精确地修复人体损坏的器官。糖尿病引起视网膜病变是导致成年人失明的一个重要原因。利用聚光到纳米级的激光束进行治疗，90%的患者都可以避免失明的严重后果。一台功率为10W的氩激光器，能发出波长λ=500nm的激光，用它“点焊”视网膜，每次“点焊”需要2×10-3J的能量，则每次“点焊”视网膜的时间是多少？在这段时间内发出的激光光子的数量是多少？再见课件17张PPT。课后作业单元检测卷四一、选择题1.下列关于光电效应的说法正确的是( ) A.若某材料的逸出功是W，则它的极限频率
B.光电子的初速度和照射光的频率成正比
C.光电子的最大初动能和照射光的频率成正比
D.光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大 2.2003年全世界物
理学家评选出“十大最
美物理实验”，排名第
一的为1961年物理学家
利用“托马斯·杨”双缝
干涉实验装置，进行电
子干涉的实验。如图1所示，从辐射源辐射出的电子束经两靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹，该实验说明( )
A.光具有波动性
B.光具有波粒二象性
C.微观粒子也具有波动性
D.微观粒子也是一种电磁波 3.当具有5.0eV能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初动能是1.5eV。为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为( )
A. 6.5eV B. 5.0eV
C. 3.5eV D. 1.5eV 4.紫外线光子的动量为 。一个静止的O3吸收了一个紫外线光子后( )
A.仍然静止
B.沿着光子原来运动的方向运动
C.沿光子运动相反方向运动
D.可能向任何方向运动 5.在图2所示的光电
管的实验中，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，那么( ) 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 6.利用金属晶格(大小约10－10m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速，然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、电量为e、初速度为零，加速电压为U，普朗克常量为h，则下列说法中正确的是( ) A.该实验说明电子具有波动性
B.实验中电子束的德布罗意波长为
C.加速电压U越大，电子的衍射现象越不明显
D.若用相同动能的质子代替电子，衍射现象将更加明显二、非选择题 7.现分别用波长为λ和 的单色光照射同一金属，结果发出的光电子的最大初动能之比为1:2。以h表示普朗克常量，c表示真空中的光速，则此金属板的逸出功W=_________。 8.爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在一个定量关系，即E=mc2。求：
(1)频率为5×1014Hz的光子具有的动量为多少？
(2)若一电子的动量与该光子的动量相同，则该电子的运动速度为多少?该电子对应的物质波的波长为多少? 9.一光电管的阴极用极限波长λ0=5.0×10－7m的钠制成。用波长λ=3.0×10－7m的紫外线照射阴极，光电管阳极A和阴极K之间的电势差U=2.1V，光电流的饱和值I=0.56mA。
(1)求每秒内由K极发射的电子数。
(2)求电子到达A极时的最大动能。 (3)如果电势差U不变，而照射光的强度增到原值的3倍，此时电子到达A极时的最大动能是多少?
(普朗克恒量h=6.63×10－34J·s，电子的电量e=1.6×10－19C)。 10.根据量子理论，光子的能量E和动量p之间的关系式为E=pc，其中c表示光速。由于光子有动量，照到物体表面的光子被物体吸收或反射时都会对物体产生压强，这就是“光压”，用I表示。 (1)一台二氧化碳气体激光器发出的激光，功率为P0，射出的光束的横截面积为S，当它垂直照射到一物体表面并被全部反射时，激光对物体表面的压力F=2pN，其中p表示光子的动量，N表示单位时间内激光器射出的光子数。试用P0与S表示该束激光对物体产生的光压I 。 (2)有人设想在宇宙探测中用光为动力推动探测器加速，探测器上安装有面积极大、反射率极高的薄膜，并让它正对太阳。已知太阳光照射薄膜时每平方米面积上的辐射功率1.35kW，探测器和薄膜的总质量为m=100kg，薄膜面积为4×104m2。求此时探测器的加速度大小。再见
