高中物理 第2章 波和粒子 2.3 光是波還是粒子課件 滬科版選修3-5

1、1第2章2.3光是波還是粒子2學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道光的波粒二象性，理解其對立統(tǒng)一的關(guān)系.2.知道光是一種概率波，知道概率波的統(tǒng)計意義.3.會用光的波粒二象性分析有關(guān)問題.3內(nèi)容索引知識探究題型探究達(dá)標(biāo)檢測4知識探究5一、光的波粒二象性一、光的波粒二象性人類對光的本性的認(rèn)識的過程中先后進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，比如：光的單縫衍射實(shí)驗(yàn)(圖A)光的雙孔干涉實(shí)驗(yàn)(圖B)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)(圖C)光的薄膜干涉實(shí)驗(yàn)(圖D)康普頓效應(yīng)實(shí)驗(yàn)等等.導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究6(1)在以上實(shí)驗(yàn)中哪些體現(xiàn)了光的波動性？哪些體現(xiàn)了光的粒子性？答案答案 單縫衍射、雙孔干涉、薄膜干涉體現(xiàn)了光的波動性.光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)體現(xiàn)了光的粒子性.(2)光的

2、波動性和光的粒子性是否矛盾？答案答案 不矛盾.大量光子在傳播過程中顯示出波動性，比如干涉和衍射.當(dāng)光與物質(zhì)發(fā)生作用時，顯示出粒子性，如光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng).光具有波粒二象性.答案71.人類對光的本性的研究知識梳理知識梳理學(xué)說名稱微粒說波動說電磁說光子說波粒二象性代表人物牛頓惠更斯麥克斯韋愛因斯坦實(shí)驗(yàn)依據(jù)光的直線傳播、光的反射光的干涉、衍射能在真空中傳播，是橫波，光速等于電磁波的速度光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光既有波動現(xiàn)象，又有粒子特征8內(nèi)容要點(diǎn)光是一群彈性粒子光是一種機(jī)械波光是一種電磁波光是由一份一份光子組成的光是一種概率波，既有波動性，又有粒子性9(2)光子的能量和動量能量：E_.動量：p_.2.

3、光的波粒二象性(1)h衍射波動性光電效應(yīng)粒子性波動性粒子性波粒二象性10(3)意義：能量E和動量p是描述物質(zhì)的_性的重要物理量；波長和頻率是描述物質(zhì)的_性的典型物理量.因此Eh和p 揭示了光的粒子性和波動性之間的密切關(guān)系.粒子波動11即學(xué)即用即學(xué)即用判斷下列說法的正誤.(1)光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說明光具有波動性.()(2)光子數(shù)量越大，其粒子性越明顯.()(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏觀觀念的粒子.()(4)光在傳播過程中，有的光是波，有的光是粒子.()12答案答案 當(dāng)曝光時間很短時，屏上的光點(diǎn)是隨機(jī)分布的，具有不確定性，說明了光具有粒子性.二、再探光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)二、再探光的雙縫干

4、涉實(shí)驗(yàn)用極微弱的可見光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，隨著時間的增加，在屏上先后出現(xiàn)如圖1甲、乙、丙所示的圖像.(1)圖像甲是曝光時間很短的情況，光點(diǎn)的分布有什么特點(diǎn)？說明了什么問題？導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究答案圖113答案答案 光的波動性.少量光子呈現(xiàn)粒子性，大量光子呈現(xiàn)波動性，而且光是一種概率波.(2)圖像乙是曝光時間稍長情況，當(dāng)光子數(shù)較多時落在哪些區(qū)域的概率較大？可用什么規(guī)律來確定？答案答案答案 落在某些條形區(qū)域的概率較大，這種概率可用波動規(guī)律來確定.(3)圖像丙是曝光時間足夠長的情況，體現(xiàn)了光的什么性？怎樣解釋上述現(xiàn)象？14光波是一種概率波：光的波動性不是光子之間的_引起的，而是光子自身_的性質(zhì)，光子在空間出

5、現(xiàn)的概率可以通過波動的規(guī)律確定，所以，光波是一種概率波.知識梳理知識梳理相互作用固有15即學(xué)即用即學(xué)即用判斷下列說法的正誤.(1)光子通過狹縫后運(yùn)動的軌跡是確定的.()(2)干涉條紋中，暗條紋是光子不能達(dá)到的地方.()(3)單個光子的運(yùn)動具有偶然性，但光波強(qiáng)的地方是光子到達(dá)幾率大的地方.()16題型探究171.大量光子產(chǎn)生的效果顯示出波動性；個別光子產(chǎn)生的效果顯示出粒子性.2.光子和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子一樣，具有能量和動量.和其他物質(zhì)相互作用時，粒子性起主導(dǎo)作用；在光的傳播過程中，光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大小(概率)，由波動性起主導(dǎo)作用，因此稱光波為概率波.3.頻率低、波長長的光，波動性特

6、征顯著，而頻率高、波長短的光，粒子性特征顯著.4.光子的能量與其對應(yīng)的頻率成正比，而頻率是描述波動性特征的物理量，因此Eh揭示了光的粒子性和波動性之間的密切聯(lián)系.一、光的波粒二象性的理解18例例1 (多選)對光的認(rèn)識，以下說法中正確的是A.個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性B.高頻光是粒子，低頻光是波C.光表現(xiàn)出波動性時，就不具有粒子性了；光表現(xiàn)出粒子性時，就不再 具有波動性了D.光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種場合下光的波動性表現(xiàn)得明顯，在 另外某種場合下，光的粒子性表現(xiàn)得明顯解析答案19解析解析個別光子的行為表現(xiàn)為粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)為波動性；光與物質(zhì)相互作用，表現(xiàn)

7、為粒子性，光的傳播表現(xiàn)為波動性，光的波動性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性，頻率高的光粒子性強(qiáng)，頻率低的光波動性強(qiáng)，光的粒子性表現(xiàn)明顯時仍具有波動性，因?yàn)榇罅苛Ｗ拥膫€別行為呈現(xiàn)出波動規(guī)律，故正確選項(xiàng)為A、D.20針對訓(xùn)練針對訓(xùn)練關(guān)于光的波粒二象性，下列理解正確的是A.光子靜止時有粒子性，光子傳播時有波動性B.光是一種宏觀粒子，但它按波的方式傳播C.光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小(概率)可以用波動規(guī)律來描述D.大量光子出現(xiàn)的時候表現(xiàn)為粒子性，個別光子出現(xiàn)的時候表現(xiàn)為波動性解析答案21解析解析光子是不會靜止的，大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性，故A、D錯誤；光子不是宏觀粒子，

8、光在傳播時有時看成粒子有時可看成波，故B錯誤；光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小(概率)可以用波動規(guī)律來描述，故C正確.221.單個粒子運(yùn)動的偶然性：我們可以知道粒子落在某點(diǎn)的概率，但不能預(yù)言粒子落在什么位置，即粒子到達(dá)什么位置是隨機(jī)的，是預(yù)先不能確定的.2.大量粒子運(yùn)動的必然性：由波動規(guī)律我們可以準(zhǔn)確地知道大量粒子運(yùn)動時的統(tǒng)計規(guī)律，因此我們可以對宏觀現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)言.3.概率波體現(xiàn)了波粒二象性的和諧統(tǒng)一：概率波的主體是光子、實(shí)物粒子，體現(xiàn)了粒子性的一面；同時粒子在某一位置出現(xiàn)的概率受波動規(guī)律支配，體現(xiàn)了波動性的一面，所以說概率波將波動性和粒子性統(tǒng)一在一起.二、對概率波的理解23例例2 (多選)在單縫

9、衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個光強(qiáng)的95%以上，假設(shè)現(xiàn)在只讓一個光子通過單縫，那么該光子A.一定落在中央亮紋處B.一定落在亮紋處C.可能落在暗紋處D.落在中央亮紋處的可能性最大解析答案24解析解析根據(jù)光波是概率波的概念，對于一個光子通過單縫落在何處，是不可確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處，可達(dá)95%以上，當(dāng)然也可落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，不過，落在暗紋處的概率很小，故C、D選項(xiàng)正確.25達(dá)標(biāo)檢測261.下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中，正確的是A.有的光是波，有的光是粒子B.光子與電子是同樣的一種粒子C.光的波長越長，其波動性越顯著；光的波長越短，其粒子性越顯著D.大量

10、光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性12解析答案27解析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)出波動性，有些行為(如光電效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，A錯誤.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)，光子是以場形式存在的物質(zhì)，所以B錯誤.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)出波動性，個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性.光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著；光的波長越短，其粒子性越顯著，故選項(xiàng)C正確，D錯誤.12282.關(guān)于光的本性，下列說法中正確的是A.關(guān)于光的本性，牛頓提出“微粒說”，惠更斯提出“波動說”，愛因斯 坦提出“光子說”，它們都說明了光的本性B.光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成 微觀概念上的粒子C.光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光電效應(yīng)說明光具有粒子性D.光的波粒二象性是將牛頓的粒子說和惠更斯的波動說真正有機(jī)地統(tǒng)一起來12解析答案29解析解析光的波動性指大量光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能