高中物理4.3光的波粒二象性课件(教科版选修3-5)

1、1.了解康普顿效应及其意义，了解光子理论对康普顿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知道光的波粒二象性，知道波和粒子的对立统一的关系关系.3.了解什么是概率波，知道光也是一种概率波了解什么是概率波，知道光也是一种概率波. 学习目标定位学习目标定位学习探究区一、一、对对康普顿效应的理解康普顿效应的理解二、二、对光的波粒二象性的理解对光的波粒二象性的理解三三、对光是概率波的理解对光是概率波的理解一、对康普顿效应的理解要点要点提炼提炼康普顿效应不仅有力地验证了光子理论，而且也证实康普顿效应不仅有力地验证了光子理论，而且也证

2、实了微观领域的现象，也严格遵循能量守恒了微观领域的现象，也严格遵循能量守恒和和 守恒定守恒定律律.康普顿效应深刻揭示出光康普顿效应深刻揭示出光具有具有 性性的一面的一面.动量动量粒子粒子例例1康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量.图图1给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，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则碰撞后光子可能沿方向_运动，并且波长运动，并且波长_(填填“不变不变”“”“变短变短”或或“变长变长”).图图1解析解析因光子与电子的碰撞过程动量守恒，所以碰撞因光子与电子的碰撞过程动量守恒，所以碰撞后光

3、子和电子的总动量的方向与光子碰撞前动量的方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向一致，可见碰撞后光子运动的方向可能沿1方向，不方向，不可能沿可能沿2或或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，光子的能量减少，由给电子，光子的能量减少，由h知，频率变小，再知，频率变小，再根据根据c知，波长变长知，波长变长.答案答案1变长变长返回返回问题设计问题设计二、对光的波粒二象性的理解联系回顾光的波动理论的发展过程，结合现学知识说联系回顾光的波动理论的发展过程，结合现学知识说明：哪些现象说明光具有波动性？哪些现象说明光

4、具明：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有粒子性？人们对光的本性的认识发展史经过哪几个阶段？阶段？答案答案光电效应和康普顿效应说明光具有波动性光电效应和康普顿效应说明光具有波动性.光的光的干涉和衍射现象说明光具有粒子性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，光速等于电磁波波速光电效应、康普顿效应光既有波动现象，又有粒子特征内容要点光是一群弹性粒子光是

5、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 要点提炼要点提炼1.对光的波粒二象性的理解对光的波粒二象性的理解光的光的波粒波粒二象二象性性粒子性粒子性实验实验依据依据光电效应光电效应康普顿效应康普顿效应表现表现个别光子表现出粒子性个别光子表现出粒子性相互作用时表现出粒子性相互作用时表现出粒子性高频光粒子性显著高频光粒子性显著光的光的波粒波粒二象二象性性波动性波动性实验依据实验依据干涉干涉衍射衍射表现表现大量光子表现出波动性大量光子表现出波动性光在传播时表现出波动性光在传播时表现出波动性低频光波动性显著低频光波动性显著2.光子的能量光子的能量Eh和动量和动量p普

6、朗克常量普朗克常量h把描述粒子性把描述粒子性的的 和和 ，与描述波与描述波动性动性的的 、 紧密紧密地联系在一起，生动地说明地联系在一起，生动地说明光具有波粒二象性光具有波粒二象性.能量能量E动量动量p频率频率波长波长例例2有关光的本性，下列说法正确的是有关光的本性，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

7、有粒子性，无法只用其中一由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只用其中一种种 去去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性解析解析19世纪初，人们成功地在实验中观察到了光的干涉、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，微粒说无法解释衍射现象，这属于波的特征，微粒说无法解释.但到了但到了19世纪世纪末又发现了光的新现象末又发现了光的新现象光电效应，这种现象波动说不能光电效应，这种现象波动说不能解释，证实光具有粒子性解释，证实光具有粒子性.因此，光既具有波动性，又具有粒因此，光既具有波动性，又具有粒子性，但不同于宏观的机械波

8、和质点子性，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认为光具有波粒二象性.故选项故选项D正确正确.答案答案D返回返回问题设计问题设计三、对光是概率波的理解双缝干涉实验中双缝干涉实验中(如图如图2甲所示甲所示)，在光屏处放置照相底，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片，并设法减弱光的强度，使光子只能是一个一个地

9、通过狭缝通过狭缝.图图2如图乙所示，曝光时间短时，可看到底片上出现一些如图乙所示，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上出现的亮点更多了.曝光时间足够长，有大量光子通曝光时间足够长，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亮点和曝光时间较长时的如何解释曝光时间较短时的亮点和曝光时间较长时的干涉图样呢？干涉图样呢？答案答案底片上的亮点表明，光表现出粒子性，也看到底片上的亮点表明，光表现出粒子性，也看到

10、光子的运动与宏观现象中质点的运动不同，没有一定光子的运动与宏观现象中质点的运动不同，没有一定的轨道的轨道.丙和丁图样说明，光的波动性是大量光子表现丙和丁图样说明，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的地方是光子到达机会少的地方.光子在空间出现的概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. 要点提炼要点提炼1.单个粒子运动的偶然性：我

11、们可以知道粒子落在某点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的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达，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，光子在空间出现空间出现的的 可以可以通过波动规律确定，所以光是一通过波动规律确定，所以光是一种种 波波.概率概率概率概率例例3在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的入的整个光强的95%以上，假设现在只让一个光子通以上，假

12、设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子过单缝，那么该光子()A.一定落在中央亮纹处一定落在中央亮纹处B.一定落在亮纹处一定落在亮纹处C.可能落在暗纹处可能落在暗纹处D.落在中央亮纹处的可能性最大落在中央亮纹处的可能性最大解析解析根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过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央亮纹处.当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹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，故处，不过，落在暗纹处的概率很小，故C、D选项正确选项正确.答案答案CD返

13、回返回课堂要点小结光的波粒二象性光的波粒二象性返回返回自我检测区123412341.一个沿着一定方向运动的光子和一个原来静止的自由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子沿着另一方向散射出去.则这个散射光子跟原来入射则这个散射光子跟原来入射时相比时相比()A.散射光子的能量减少散射光子的能量减少B.光子的能量增加，频率也增大光子的能量增加，频率也增大C.速度减小速度减小D.波长减小波长减小1234解析解析由于光子既具有能量，也具有动量，因此在碰由于光子既具有能量，也具有动量

14、，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，波长增大率减小，波长增大.答案答案A12342.下列实验中，能证实光具有粒子性的是下列实验中，能证实光具有粒子性的是()A.光电效应实验光电效应实验B.光的双缝干涉实验光的双缝干涉实验C.光的圆孔衍射实验光的圆孔衍射实验D.泊松亮斑实验泊松亮斑实验解析解析光的双缝干涉、圆孔衍射、泊松亮斑实验都说光的双缝干涉、圆孔衍射、泊松亮斑实验都说明光具有波动性明光具有波动性.A12343.下列现象中说明光具有波动性的是下列现象中说明光具有波动性的是()A.光的直线传播光的直线传播 B.光的衍射光的

15、衍射C.光的干涉光的干涉 D.光电效应光电效应BC12344.在双缝干涉实验中，若在光屏处放上照相底片，并使在双缝干涉实验中，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，底片上结果表明，如果曝光时间不太长，底片上出现出现_；如果曝光时间足够长，底片上出现如果曝光时间足够长，底片上出现_.解析解析在双缝干涉实验中，如果能使光子一个一个地在双缝干涉实验中，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，则分布的点，不形成干涉特有的明暗相间的条纹，表表1234现出光的粒子性现出光的粒子性.点的分布看似不规则，但点在底片上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各处出现的概率却遵