【步步高】2014-2015学年高中物理 2.3 光是波还是粒子课件 沪科版选修3-5.ppt

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1、第2章 波和粒子2.3 光是波还是粒子 学习目标定位学习目标定位1.知道光的波粒二象性，理解其知道光的波粒二象性，理解其对对立立统统一的关系一的关系.2.知道光是一种概率波，知道概率波的知道光是一种概率波，知道概率波的统计统计意意义义.3.会用光的波粒二象性分析有关会用光的波粒二象性分析有关问题问题知识储备区4(1)粒子粒子 (2)h 粒子粒子 波波动动 普朗克常量普朗克常量h知识链接知识链接新知呈现新知呈现1干涉干涉 衍射衍射 2不可分割的能量子不可分割的能量子 h 35小小学习探究区一、对光的波粒二象性的理解一、对光的波粒二象性的理解二、再探光的双缝干涉实验二、再探光的双缝干涉实验一、对光

2、的波粒二象性的理解问题设计问题设计联联系系回回顾顾光光的的波波动动理理论论的的发发展展过过程程，结结合合现现学学知知识识说说明明：哪哪些些现现象象说说明明光光具具有有波波动动性性？哪哪些些现现象象说说明明光光具具有有粒粒子子性性？人人们们对对光光的的本本性性的的认认识识发发展展史史经经过过哪哪几几个个阶阶段段？从从理理论论上上如如何何说说明明光光具具有有波波粒二象性？粒二象性？答案答案对光的本性的认识史对光的本性的认识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惠更斯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、

3、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对对光的波粒二象性的理解光的波粒二象性的理解2光子的能量光子的能量Eh和和动动量量p普朗克常量普朗克常量h把描述粒子性的把描述粒子性的 和和 ，与描述波，与描述波动动性的性的 、紧紧密密联联系在一起，生系在一起，生动动地地说说明光具有波粒明光具有波粒二象性二象性能量能量E动动量量p频频率率波波长长例例1 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，

4、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由于光既具有波由于光既具有波动动性，又具有粒子性，无法只用其中一种性，又具有粒子性，无法只用其中一种 去去说说明光的一切行明光的一切行为为，只能，只能认为认为光具有波粒二象性光具有波粒二象性解解析析19世世纪纪初初，人人们们成成功功地地在在实实验验中中观观察察到到了了光光的的干干涉涉、衍衍射射现现象象，这这属属于于波波的的特特征征，微微粒粒说说无无法法解解释释但但到到了了19世世纪纪末

5、末又又发发现现了了光光的的新新现现象象光光电电效效应应，这这种种现现象象波波动动说说不不能能解解释释，证证实实光光具具有有粒粒子子性性因因此此，光光既既具具有有波波动动性性，又又具具有有粒粒子子性性，但但不不同同于于宏宏观观的的机机械械波波和和粒粒子子波波动动性性和和粒粒子子性性是是光光在在不不同同的的情情况况下下的的不不同同表表现现，是是同同一一客客观观事事物物的的两两个个不不同同侧侧面面、不不同同属属性性，我我们们无无法法用用其其中中一一种种去去说说明明光光的的一一切切行行为为，只只能能认认为为光光具具有波粒二象性故选项有波粒二象性故选项D正确正确答案答案D针对训练针对训练 对对光的光的认

6、识认识，下列，下列说说法中正确的是法中正确的是()A光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观观概念上的波，概念上的波，也可以看成微也可以看成微观观概念上的粒子概念上的粒子B光的波光的波动动性是光子本身的一种属性，不是光子之性是光子本身的一种属性，不是光子之间间的相互的相互 作用引起的作用引起的C光表光表现现出波出波动动性性时时，就不具有粒子性，光表，就不具有粒子性，光表现现出粒子性出粒子性时时，就不具有波就不具有波动动性性D光的波粒二象性光的波粒二象性应应理解理解为为：在某种情况下光的波：在某种情况下光的波动动性表性表现现 明明显显，在另外某种情况下光的粒

7、子性表，在另外某种情况下光的粒子性表现现明明显显解解析析光光与与其其他他物物质质相相互互作作用用时时表表现现为为粒粒子子性性，光光在在传传播播时时表表现现为为波波动动性性光光的的波波动动性性与与粒粒子子性性都都是是光光的的本本质质属属性性故故正正确确答案为答案为B、D.答案答案BD返回返回二、再探光的双缝干涉实验双双缝缝干干涉涉实实验验中中(如如图图1甲甲所所示示)，在在光光屏屏处处放放置置照照相相底底片片，并并设设法法减弱光的减弱光的强强度，使光子只能是一个一个地通度，使光子只能是一个一个地通过过狭狭缝缝问题设计问题设计图图1如如图图乙乙所所示示，曝曝光光时时间间短短时时，可可看看到到底底片

8、片上上出出现现一一些些不不规规则则分分布布的的亮亮点点，如如图图丙丙所所示示，延延长长曝曝光光时时间间，底底片片上上出出现现的的亮亮点点更更多多了了，曝曝光光时时间间足足够够长长，有有大大量量光光子子通通过过狭狭缝缝，底底片片上上出出现现了了规规则则的的干干涉条纹，如图丁所示涉条纹，如图丁所示如如何何解解释释曝曝光光时时间间较较短短时时的的亮亮点点和和曝曝光光时时间间较较长长时时的的干干涉涉图图样样呢呢？答答案案图图片片上上的的亮亮点点表表明明，光光表表现现出出粒粒子子性性，也也看看到到光光子子的的运运动动与与宏宏观观现现象象中中质质点点的的运运动动不不同同，没没有有一一定定的的轨轨道道图图丙

9、丙和和丁丁的的图图样说样说明，光的波明，光的波动动性是大量光子表性是大量光子表现现出来的出来的现现象，象，在在干干涉涉条条纹纹中中，那那些些光光波波强强的的地地方方是是光光子子到到达达机机会会多多的的地地方方或或是是到到达达几几率率大大的的地地方方，光光波波弱弱的的地地方方是是光光子子到到达达机机会会少少的的地地方方光光子子在在空空间间出出现现的的概概率率可可以以通通过过波波动动的的规规律律确确定定，所所以以光光波波是是一一种种概率波概率波要点提炼要点提炼1单单个粒子运个粒子运动动的偶然性：我的偶然性：我们们可以知道粒子落在某点的概率，可以知道粒子落在某点的概率，但不能但不能预预言粒子落在什么

10、位置，即粒子到达什么位置是随机的，言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是是预预先不能确定的先不能确定的2大量粒子运大量粒子运动动的的统计规统计规律：光在律：光在传传播播过过程中，光子在空程中，光子在空间间出出现现的的 可以通可以通过过波波动规动规律确定，所以光波是一种律确定，所以光波是一种 波波概率概率概率概率例例2 为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是()A使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间使光子一个一个地通

11、过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间 足够长，底片上将出现双缝干涉图样足够长，底片上将出现双缝干涉图样B使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间 很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C大量光子的运动显示光的波动性大量光子的运动显示光的波动性D个别光子的运动显示光的粒子性，光只有波动性没有粒子性个别光子的运动显示光的粒子性，光只有波动性没有粒子性答案答案AC解解析析光光的的波波动动性性是是统统计计规规律律的的结结果果，对对个个别别光光子子我我们们无无法法判判断断它它落落到到哪哪个个位位置置；

12、对对于于大大量量光光子子遵遵循循统统计计规规律律即即对对大大量量光光子子的运动或曝光时间足够长，显示出光的波动性的运动或曝光时间足够长，显示出光的波动性例例3 在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个在单缝衍射实验中，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答案答案CD返回返回解析解析根据光波是概率波的概念，对于一个光子通过单缝落

13、在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能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处可能落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故的概率很小，故C、D选项正确选项正确课堂要点小结返回返回自我检测区12341下列下列实验实验中，能中，能证实证实光具有粒子性的是光具有粒子性的是()A光光电电效效应实验应实验 B光的双光的双缝缝干涉干涉实验实验C光的光的圆圆孔衍射孔衍射实验实验 D泊松亮斑泊松亮斑实验实验1234解析解析光的双缝干涉、圆孔衍射、泊松亮斑实验

14、都说明光具有光的双缝干涉、圆孔衍射、泊松亮斑实验都说明光具有波动性波动性A2在下列在下列现现象中象中说说明光具有波明光具有波动动性的是性的是()A光的直光的直线传线传播播 B光的衍射光的衍射C光的干涉光的干涉 D光光电电效效应应1234BC3在在双双缝缝干干涉涉实实验验中中，若若在在光光屏屏处处放放上上照照相相底底片片，并并使使光光子子流流减减弱弱到到使使光光子子只只能能一一个个一一个个地地通通过过狭狭缝缝，实实验验结结果果表表明明，如如果果曝曝光光时时间间不不太太长长，底底片片上上出出现现_；如如果果曝曝光光时时间间足足够够长长，底片上出底片上出现现_1234解析解析在双缝干涉实验中，如果能

15、使光子一个一个地通过狭缝，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光短时间曝光一样规则的干涉条纹在干涉条纹中光

16、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，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答案答案不不规则规则分布的点干涉分布的点干涉图样图样12344下列有关光的波粒二象性的下列有关光的波粒二象性的说说法中，正确的是法中，正确的是()A有的光是波，有的光是粒子有的光是波，有的光是粒子B光子与光子与电电子是同子是同样样的一种粒子的一种粒子C光的波光的波长长越越长长，其波，其波动动性越性越显显著；波著；波长长越短，其粒子性越越短，其粒子性越显显著著D大量光子的行大

17、量光子的行为为往往表往往表现现出粒子性出粒子性12341234解析解析一切光都具有波粒二象性，光的有些行为一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些行为表现出波动性，光的有些行为(如光电效应如光电效应)表现出粒子性，所表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子，故以，不能说有的光是波，有的光是粒子，故A选项错误选项错误虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是虽然光子与电子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，实物粒子，有静止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物

18、形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子，故所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子，故B选项错误选项错误1234光的波粒二象性的理光的波粒二象性的理论论和和实验实验表明，大量光子的行表明，大量光子的行为为表表现现出波出波动动性，个性，个别别光子的行光子的行为为表表现现出粒子性，故出粒子性，故D选项错误选项错误光的波光的波长长越越长长，衍射性越好，即波，衍射性越好，即波动动性越性越显显著；光的波著；光的波长长越短，越短，其光子能量越大，个其光子能量越大，个别别或少数光子的作用就足以引起光接收装或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反置的反应应，所以其粒子性就很，所以其粒子性就很显显著故著故选项选项C正确，正确，A、B、D错错误误答案答案C