光是波還是粒子

學(xué)習(xí)目標(biāo)定位1.知道光的波粒二象性，理解其對(duì)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(jì)意義。3.會(huì)用光的波粒二象性分析有關(guān)問題。知識(shí)儲(chǔ)備區(qū)4．(1)粒子(2)hν粒子

波動(dòng)

普朗克常量h知識(shí)鏈接新知呈現(xiàn)1．干涉

衍射2．不可分割的能量子

hν3．5．小學(xué)習(xí)探究區(qū)一、對(duì)光的波粒二象性的理解二、再探光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)一、對(duì)光的波粒二象性的理解問題設(shè)計(jì)聯(lián)系回顧光的波動(dòng)理論的發(fā)展過程，結(jié)合現(xiàn)學(xué)知識(shí)說明：哪些現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性？哪些現(xiàn)象說明光具有粒子性？人們對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)發(fā)展史經(jīng)過哪幾個(gè)階段？從理論上如何說明光具有波粒二象性？答案對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)史學(xué)說名稱微粒說波動(dòng)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公認(rèn)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，光速等于電磁波波速光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光既有波動(dòng)現(xiàn)象，又有粒子特征內(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光具有波粒二象性要點(diǎn)提煉1．對(duì)光的波粒二象性的理解2．光子的能量E＝hν和動(dòng)量p＝普朗克常量h把描述粒子性的

和

，與描述波動(dòng)性的

、

緊密聯(lián)系在一起，生動(dòng)地說明光具有波粒二象性。能量E動(dòng)量p頻率ν波長(zhǎng)λ例1有關(guān)光的本性，下列說法正確的是(

)A．光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，這是互相矛盾和對(duì)立的B．光的波動(dòng)性類似于機(jī)械波，光的粒子性類似于質(zhì)點(diǎn)C．大量光子才具有波動(dòng)性，個(gè)別光子只具有粒子性D．由于光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，無法只用其中一種

去說明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性解析

19世紀(jì)初，人們成功地在實(shí)驗(yàn)中觀察到了光的干涉、衍射現(xiàn)象，這屬于波的特征，微粒說無法解釋。但到了19世紀(jì)末又發(fā)現(xiàn)了光的新現(xiàn)象——光電效應(yīng)，這種現(xiàn)象波動(dòng)說不能解釋，證實(shí)光具有粒子性。因此，光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，但不同于宏觀的機(jī)械波和粒子。波動(dòng)性和粒子性是光在不同的情況下的不同表現(xiàn)，是同一客觀事物的兩個(gè)不同側(cè)面、不同屬性，我們無法用其中一種去說明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性。故選項(xiàng)D正確。答案

D針對(duì)訓(xùn)練

對(duì)光的認(rèn)識(shí)，下列說法中正確的是(

)A．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B．光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互

作用引起的C．光表現(xiàn)出波動(dòng)性時(shí)，就不具有粒子性，光表現(xiàn)出粒子性時(shí)，

就不具有波動(dòng)性D．光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種情況下光的波動(dòng)性表現(xiàn)

明顯，在另外某種情況下光的粒子性表現(xiàn)明顯解析光與其他物質(zhì)相互作用時(shí)表現(xiàn)為粒子性，光在傳播時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性。光的波動(dòng)性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性。故正確答案為B、D。答案

BD二、再探光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中(如圖1甲所示)，在光屏處放置照相底片，并設(shè)法減弱光的強(qiáng)度，使光子只能是一個(gè)一個(gè)地通過狹縫。問題設(shè)計(jì)圖1如圖乙所示，曝光時(shí)間短時(shí)，可看到底片上出現(xiàn)一些不規(guī)則分布的亮點(diǎn)，如圖丙所示，延長(zhǎng)曝光時(shí)間，底片上出現(xiàn)的亮點(diǎn)更多了，曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，有大量光子通過狹縫，底片上出現(xiàn)了規(guī)則的干涉條紋，如圖丁所示。如何解釋曝光時(shí)間較短時(shí)的亮點(diǎn)和曝光時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)的干涉圖樣呢？答案圖片上的亮點(diǎn)表明，光表現(xiàn)出粒子性，也看到光子的運(yùn)動(dòng)與宏觀現(xiàn)象中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)不同，沒有一定的軌道。圖丙和丁的圖樣說明，光的波動(dòng)性是大量光子表現(xiàn)出來的現(xiàn)象，在干涉條紋中，那些光波強(qiáng)的地方是光子到達(dá)機(jī)會(huì)多的地方或是到達(dá)幾率大的地方，光波弱的地方是光子到達(dá)機(jī)會(huì)少的地方。光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動(dòng)的規(guī)律確定，所以光波是一種概率波。要點(diǎn)提煉1．單個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)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(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律：光在傳播過程中，光子在空間出現(xiàn)的

可以通過波動(dòng)規(guī)律確定，所以光波是一種

波。概率概率例2為了驗(yàn)證光的波粒二象性，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中將光屏換成照相底片，并設(shè)法減弱光的強(qiáng)度，下列說法正確的是(

)A．使光子一個(gè)一個(gè)地通過雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的單縫，如果時(shí)間

足夠長(zhǎng)，底片上將出現(xiàn)雙縫干涉圖樣B．使光子一個(gè)一個(gè)地通過雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的單縫，如果時(shí)間

很短，底片上將出現(xiàn)不太清晰的雙縫干涉圖樣C．大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示光的波動(dòng)性D．個(gè)別光子的運(yùn)動(dòng)顯示光的粒子性，光只有波動(dòng)性沒有粒子性答案

AC解析光的波動(dòng)性是統(tǒng)計(jì)規(guī)律的結(jié)果，對(duì)個(gè)別光子我們無法判斷它落到哪個(gè)位置；對(duì)于大量光子遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律即對(duì)大量光子的運(yùn)動(dòng)或曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，顯示出光的波動(dòng)性。例3在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個(gè)光強(qiáng)的95%以上，假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)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答案

CD解析根據(jù)光波是概率波的概念，對(duì)于一個(gè)光子通過單縫落在何處，是不確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處。當(dāng)然也可能落在其他亮紋處，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。課堂要點(diǎn)小結(jié)自我檢測(cè)區(qū)12341．下列實(shí)驗(yàn)中，能證實(shí)光具有粒子性的是(

)A．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn) B．光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)C．光的圓孔衍射實(shí)驗(yàn) D．泊松亮斑實(shí)驗(yàn)1234解析光的雙縫干涉、圓孔衍射、泊松亮斑實(shí)驗(yàn)都說明光具有波動(dòng)性。A2．在下列現(xiàn)象中說明光具有波動(dòng)性的是(

)A．光的直線傳播 B．光的衍射C．光的干涉 D．光電效應(yīng)1234BC3．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若在光屏處放上照相底片，并使光子流減弱到使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過狹縫，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng)，底片上出現(xiàn)__________；如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上出現(xiàn)__________。1234解析在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果能使光子一個(gè)一個(gè)地通過狹縫，則曝光時(shí)間短時(shí)，底片上只出現(xiàn)一些不規(guī)則分布的點(diǎn)，不形成干涉特有的明暗相間的條紋，表現(xiàn)出光的粒子性。點(diǎn)的分布看似不規(guī)則，但點(diǎn)在底片上各處出現(xiàn)的概率卻遵從雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中光強(qiáng)分布的規(guī)律，若曝光時(shí)間足夠長(zhǎng)，底片上就出現(xiàn)如同強(qiáng)光短時(shí)間曝光一樣規(guī)則的干涉條紋。在干涉條紋中光波強(qiáng)度大的地方，也就是光子到達(dá)機(jī)會(huì)多的地方，所以，從這種意義上，可以把顯示波動(dòng)性的光看做表明光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種概率波。答案

不規(guī)則分布的點(diǎn)干涉圖樣12344．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(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．大量光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性12341234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，不能說有的光是波，有的光是粒子，故A選項(xiàng)錯(cuò)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(chǎng)形式存在的物質(zhì)，所以，不能說光子與電子是同樣的一種粒子，故