光的波粒二象性课件-高二下学期物理粤教版选择性

第四章

波粒二象性第三节

光的波粒二象性人类从古代到近代、东方和西方科学家对光的本性的认识过程：（1）战国时期的《墨经》记载了投影、小孔成像等现象；（2）古希腊学者欧几里得的《反射光学》论述了光在传输过程中的原理和光的反射定律；光的本质到底是什么呢？本节课我们就来研究这个问题。1.了解光的本质的发现历程2.正确理解光的波粒二象性一、光的本性之争17世纪明确形成了两大对立学说牛顿惠更斯微粒说波动说由于波动说没有数学基础以及牛顿在物理学界的崇高地位，得微粒说一直占上风19世纪初证明了波动说的正确性到底那种说法是正确的呢？干涉现象是波动独有的特征，如果光真的是一种波，就必然会观察到光的干涉现象单缝双缝S1SS2屏1801年，英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功的观察到光的干涉杨氏双缝干涉实验证明了光是一种波物理学家麦克斯韦坚定的认为：光就是电场和磁场组成的波，叫做电磁波，电磁波可以在真空中传播，不过当时并没有实验证明电磁波的存在。直到1888年，德国物理学家赫兹通过实验发现了电磁波。菲涅尔圆孔衍射菲涅尔圆孔衍射发现：光遇到障碍物之后，会像水波一样绕过障碍物，衍射也是波的特点。菲涅尔这两个实验均证明了光是一种波动19世界80年代，人们发现某些金属在光的照射下会带电爱因斯坦光子说：光的能量不是连续的，而是是一份一份的，每份为一个光子，光子能量，即证明了：光具有粒子性而爱因斯坦的光子假说很好地解释了光电效应的各种现象实验解释：光子与电子发生碰撞过程，光子动量减少，波长变长，频率变小速度仍为光速，运动质量减小除此之外，证明光具有粒子性的还有康普顿效应：美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，发现一部分散射出来的X射线波长变长小结：人们对光的本性的探究历程300年前牛顿光是微粒200年前

托马斯杨光是波150年前麦克斯韦光是电磁波100年前爱因斯坦光子假说至今光具有波粒二象性

，光是概率波二、光的波粒二象性光的干涉和衍射实验表明，光是一种电磁波，具有波动性。而光电效应和康普顿效应则表明，光在与物体相互作用时，光子表现出粒子性。那么，光到底是粒子还是波呢？下面我们通过光的双缝干涉实验来研究这个问题。如图所示，由光源S发出的光经双狭缝S1和S2后到达感光片D。我们知道，经过缝S1和经过缝S2的两部分光会产生干涉，结果将在感光片上形成明暗相间的干涉条纹。这是光的波动性表现。但是，上述光的干涉并没有完全排除光是粒子的可能性。如果我们把从光源S发出的光看成是由大量光子组成的，那么可以认为，部分光子经过了缝S1，部分光子经过了缝S2，然后两部分光子相互干涉产生了干涉条纹。为了排除这种可能性，我们换一种方法再做上述实验。我们将光源S的强度降低，直到入射光减弱到每次只有一个光子经过狭缝，前一个光子已经消失在感光片上，后一个光子才从光源出发。记录一段时间，这时感光片上呈现杂乱分布的几个亮点，如图4-3-5(a)所示。每个亮点都是一个光子在感光片上留下的记录，这显示出了光的粒子性。适当增加记录时间，我们会惊奇地发现，亮点在感光片上形成模糊的亮纹，如图4-3-5(b)所示。光子主要落在感光片的亮纹处，这就是干涉条纹。记录时间越长，干涉条纹越明显，图4-3-5(c)就是长时间记录形成的清晰的干涉图样。干涉条纹再次显示出光的波动性。实验结论：由于每次穿过狭缝的只有一个光子，它不可能跟其他光子产生干涉，但光的干涉还是发生了。可见，波动性也是光子的属性。光既有粒子性，又有波动性，人们把这种性质称为光的波粒二象性。（1）波粒二象性：光既具有波动性，又具有粒子性，人们把这种性质称为光的波粒二象性。（2）概率波：在光的干涉、衍射实验中，每个光子按照一定的概率落在感光片上，概率大的地方落下的光子多，形成亮纹；概率小的地方落下的光子少，形成暗纹。所以条纹是光子落在感光片上各点的概率分布的反映，物理学中把光波看成是一种概率波。光子波动性和粒子性的联系普朗克常量h是联系光子粒子性和波动性的桥梁

1.下列关于光的有关现象和本质说法正确的是（）A．油滴在水面上形成彩色油花是反射现象，说明光是一种波B．光从光疏介质进入光密介质，光的颜色发生改变C．石墨对X光散射，散射光中有波长比入射光波长更长的成分，说明光子具有动量D．光的波动性和粒子性是相互矛盾的C2.关于对光的本性的认识，下列说法中正确的是（）A．牛顿的微粒说与爱因斯坦的光子说没有本质的区别B．惠更斯的波动说与麦克斯韦电磁说没有本质的区别C．麦克斯韦的电磁说与爱因斯坦的光子说说明光具有波粒二象性D．牛顿的微粒说与惠更斯的波动说第一次揭示了光具有波粒二象性C

3.在人类对波粒二象性的认识过程中，下列说法不正确的是（）A．普朗克通过对黑体辐射的研究，第一次提出了光子的概念B．爱因斯坦为了解释光电效应的规律，提出了光子说C．德布罗意首先提出了物质波的猜想，而电子衍射实验证实了他的猜想D．在康普顿效应中，当入射光子与晶体中的电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，因此光子散射后波长变长A4.(多选)在光的单缝衍射实验中，在光屏上放上照相底片，并设法控制光的强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，假设光子出现在中央亮纹的概率为90%，下列说法正确的是()A．第一个光子一定出现在中央亮纹上B．第一个光子可能不出现在中央亮纹上C．如果前9个光子均出现在中央亮纹上，则第10个光子还有可能出现在中央亮纹上D．如果前9个光子均出现在中央亮纹上，则第10个光子一定不能出现在中央亮纹上BC光的波粒二象性(1)不可把光当成经典