物理鲁科版（2019）必修第三册 5.4初识光量子及量子世界课件

第5章初识电磁场与电磁波第4节初识光量子与量子世界【学习目标】1.初步了解普朗克“量子假说”的背景，体会经典力学的局限性。知道普朗克“量子假说”的主要内容。2.初步了解爱因斯坦“光量子说”的含义，了解光的微粒说与波动说之争，知道光具有波粒二象性【学习重点】初步建立量子化的概念。

【学习过程】

一、光的量子化1.光的本性认识史（1）17世纪牛顿的微粒说：光是从光源发出的一种物质微粒，在均匀介质中以一定的速度传播.能解释光的反射等现象，不能解释光的互不干扰、同时发生的反射和折射、在介质中v<c等问题.（2）17世纪惠更斯的波动说：光是在空间传播的某种波.能解释光的互不干扰、同时发生的反射和折射，但不能解释影子的形成、传播不需要介质等问题.（3）19世纪60年代麦克斯韦的电磁说：光是一种电磁波，具电磁本性.使波动理论发展到了相当完美的地步.根据有：电磁波速等于光速；传播不需要介质；不能完美地解释光电效应

（5）20世纪前期德布罗意的波粒二象性：光是一种波，同时也是一种粒子，即光具有波粒二象性.（4）20世纪初爱因斯坦的光子说：光是不连续的，是一份一份的，每一份叫一个光子，E=hν.注意，这完全不同于牛顿的“微粒”.爱因斯坦吸收了普朗克的量子思想，很好地解释了光电效应，又保留了电磁波的特征.2.光的波粒二象性（1）以下光学现象反映了光具有什么性质?光电效应康普顿效应光具有粒子性！衍射：波能绕过障碍物继续传播的现象。泊松亮斑请讨论：能否把光看成是由大量微粒组成的？猜想：光本质上可能是什么？1672牛顿弹性粒子说T/年惠更斯机械波动说1690麦克斯韦电磁波动说18641905爱因斯坦光子说波粒子1801托马斯·杨双缝干涉实验1814菲涅耳解释光的衍射现象赫兹电磁波实验1887赫兹发现光电效应牛顿微粒说占主导地位波动说渐成真理……….三次波粒大战1923康普顿效应光本质上到底是什么？

光具有粒子性，又具有波动性，单独使用波或粒子的解释都无法完整描述光的所有性质。因此说光具有波粒二象性。体现理解与宏观概念的区别光的波动性光的粒子性联系大量光子/传播过程中/波长较长时波动性越明显足够能量的光在传播时，表现出波的性质波动性是光子本身的属性，不是光子间相互作用产生的少量光子/与其他物质作用时/波长较短时粒子性越明显与其他物质发生作用时，是“一份一份”的单个光子的运动轨迹不确定光的粒子性和波动性并不是独立的，而是统一于光子，由普朗克常量联系起来：ɛ=hvp=h/λ二、初识量子世界1．量子假说的内容(1)物质____(或____)的能量E只能是某一最小能量单位的______，即E＝___(n＝1,2,3，…)．(2)辐射是由一份份的能量组成的，一份能量叫做一个____．量子的能量大小取决于辐射的波长，量子的能量ε与频率ν成正比，即ε＝___＝hc/λ，h为普朗克常数．(h＝6.63×J•s)辐射

吸收

整数倍

nε

量子

2．量子化本质是______性，在_________里，量子化或不连续性是明显的．微观物质系统的存在是量子化的，物质之间传递的__________是量子化的，物体的____及其____也是量子化的．3．光的本质光具有___________，它在一定条件下，突出地表现出______，实质是不连续性；而在另一些条件下，又突出地表现出______，因此，光具有波粒二象性．不连续微观世界相互作用量

状态

变化

波粒二象性

微粒性

波动性例题1．关于光的本性，下列说法中正确的是()A．关于光的本性，牛顿提出“微粒说”，惠更斯提出“波动说”，爱因斯坦提出“光子说”，它们都说明了光的本性B．光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子C．光的干涉、衍射现象说明光具有粒子性D．光电效应说明光具有粒子性【例题分析】解析：光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述，不是惠更斯的波动说中宏观意义下的机械波，光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一个光子，不是牛顿微粒说中的经典微粒．某现象说明光具有波动性，是指波动理论能解释这一现象．某现象说明光具有粒子性，是指能用粒子说解释这个现象．要区分说法和物理史实与波粒二象性之间的关系，D正确答案：D例题2．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．2.3×10－18WB．3.8×10－19WC．7.0×10－10W D．1.2×10－18W（多选）1.对光的本质认识，下列说法中正确的是（）A．个别光子的行为表现出粒子性，大量光子的行为表现出波动性B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了；光表现出粒子性时，就不再具有波动性了D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现得明显，在另外的某种场合下，光的粒子性表现得明显【课堂训练】答案：ABD解析：光具有波粒二象性，大量光子在传播过程中易表现为波动性，个别光子在与物体发生相互作用时易显粒子性2．为了验证光具有波动性，某同学采用下列做法，其中可行的是()A．让一束光照射到一个轻小物体上，观察轻小物体是否会振动B．让一束光通过一狭缝，