《2015高中物理 4.3 光的波粒二象性 学案（教科版选修3-5）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2015高中物理 4.3 光的波粒二象性 学案（教科版选修3-5）（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学案学案 3 光的波粒二象性光的波粒二象性学习目标定位 1.了解康普顿效应及其意义，了解光子理论对康普顿效应的解释.2.知道光的波粒二象性，知道波和粒子的对立统一的关系.3.了解什么是概率波，知道光也是一种概率波1光是一种电磁波，具有波动性，具有干涉和衍射等波所特有的性质2光子说光不仅在发射和吸收时是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，光子的能量 h.3康普顿效应(1)光的散射光子在介质中和物体微粒相互作用，使光的传播方向发生偏转，这种现象叫光的散射(2)康普顿效应X 射线经物质散射后波长变长的现象4光的波粒二象性(1)光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性(2
2、)光的波动性的证明光能发生干涉、衍射和色散等波特有的现象(3)光的粒子性的证明光在与其他物质相互作用时，能量和动量是以一份一份的形式进行交换的光电效应现象和康普顿效应证明光具有粒子性5光子的能量 h，动量 p ，两式左侧的 和 p 描述光的粒子性，右侧的 和 描述光h的波动性，两式把粒子性和波动性紧密地联系了起来6光是一种概率波在双缝干涉实验中，屏上亮纹的地方，是光子到达概率大的地方，暗纹的地方是光子到达概率小的地方所以光波是一种概率波，即光波在某处的强度代表着光子在该处出现概率的大小.一、对康普顿效应的理解要点提炼康普顿效应不仅有力地验证了光子理论，而且也证实了微观领域的现象，也严格遵循能量
3、守恒和动量守恒定律康普顿效应深刻揭示出光具有粒子性的一面例 1 康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量图 1 给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞后光子可能沿方向_运动，并且波长_(填“不变” “变短”或“变长”)图 1解析 因光子与电子的碰撞过程动量守恒，所以碰撞后光子和电子的总动量的方向与光子碰撞前动量的方向一致，可见碰撞后光子运动的方向可能沿 1 方向，不可能沿 2 或 3 方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，光子的能量减少，由 h 知，频率变小，再根据c 知，波长变长答案 1 变长二、对光的波粒二象性的理解问题设计联系回顾光的波动理论的发展过程，结合现学知识说
4、明：哪些现象说明光具有波动性？哪些现象说明光具有粒子性？人们对光的本性的认识发展史经过哪几个阶段？答案 光电效应和康普顿效应说明光具有波动性光的干涉和衍射现象说明光具有粒子性对光的本性的认识发展史学说名称微粒说波动说电磁说光子说波粒二象性代表人物牛顿托马斯杨和菲涅耳麦克斯韦爱因斯坦公认实验依据光的直线传播、光的反射光的干涉、衍射能在真空中传播，是横波，光速等于电磁波波光电效应、康普顿效应光既有波动现象，又有粒子特征速内容要点光是一群弹性粒子光是一种机械波光是一种电磁波光是由一份一份光子组成的光是一种概率波光具有波粒二象性要点提炼1对光的波粒二象性的理解光的波粒二象性Error!Error!2光
5、子的能量 Eh 和动量 ph普朗克常量 h 把描述粒子性的能量 E 和动量 p，与描述波动性的频率 、波长 紧密地联系在一起，生动地说明光具有波粒二象性例 2 有关光的本性，下列说法正确的是( )A光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的B光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性解析 19 世纪初，人们成功地在实验中观察到了光的干涉、衍射现象，这属于波的特征，微粒说无法解释但到了 19 世纪末又发现了光的新现象光电效应，这种现象波动说不能解释
6、，证实光具有粒子性因此，光既具有波动性，又具有粒子性，但不同于宏观的机械波和质点波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现，是同一客观事物的两个不同侧面、不同属性，我们无法用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性故选项D 正确答案 D三、对光是概率波的理解问题设计双缝干涉实验中(如图 2 甲所示)，在光屏处放置照相底片，并设法减弱光的强度，使光子只能是一个一个地通过狭缝图 2如图乙所示，曝光时间短时，可看到底片上出现一些不规则分布的亮点，如图丙所示，延长曝光时间底片上出现的亮点更多了曝光时间足够长，有大量光子通过狭缝，底片上出现了规则的干涉条纹，如图丁所示如何解释曝光时间较短时的
7、亮点和曝光时间较长时的干涉图样呢？答案 底片上的亮点表明，光表现出粒子性，也看到光子的运动与宏观现象中质点的运动不同，没有一定的轨道丙和丁图样说明，光的波动性是大量光子表现出来的现象，在干涉条纹中，那些光波强的地方是光子到达机会多的地方或是到达几率大的地方，光波弱的地方是光子到达机会少的地方光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以光是一种概率波要点提炼1单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不能确定的2大量粒子运动的统计规律：光在传播过程中，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定，所以光是一种概率波例 3
8、在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的 95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( )A一定落在中央亮纹处B一定落在亮纹处C可能落在暗纹处D落在中央亮纹处的可能性最大解析 根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故 C、D 选项正确答案 CD光的波粒二象性Error!Error!1一个沿着一定方向运动的光子和一个原来静止的自由电子相互碰撞，碰撞之后电子向某一方向运动，而光子沿着另一方向散射出去则这个散射光子跟原来入射时相比( )A散射光子的能
9、量减少B光子的能量增加，频率也增大C速度减小D波长减小答案 A解析 由于光子既具有能量，也具有动量，因此在碰撞过程中遵循能量守恒定律，所以光子能量减少，频率减小，波长增大2下列实验中，能证实光具有粒子性的是( )A光电效应实验B光的双缝干涉实验C光的圆孔衍射实验D泊松亮斑实验答案 A解析 光的双缝干涉、圆孔衍射、泊松亮斑实验都说明光具有波动性3下列现象中说明光具有波动性的是( )A光的直线传播 B光的衍射C光的干涉 D光电效应答案 BC4在双缝干涉实验中，若在光屏处放上照相底片，并使光子流减弱到使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上出现_；如果曝光时间足够长，底片上出现_答案 不规则分布的点 干涉图样解析 在双缝干涉实验中，如果能使光子一个一个地通过狭缝，则曝光时间短时，底片上只出现一些不规则分布的点，不形成干涉特有的明暗相间的条纹，表现出光的粒子性点的分布看似不规则，但点在底片上各处出现的概率却遵从双缝干涉实验中光强分布的规律，若曝光时间足够长，底片上就出现如同强光短时间曝光一样规则的干涉条纹在干涉条纹中光波强度大的地方，也就是光子到达机会多的地方，所以，从这种意义上，可以把显示波动性的光看做表明光子运动规律的一种概率波
