2018-2019版高中物理 第2章 波和粒子 2.3 光是波还是粒子学案 沪科版选修3-5

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1、2.3　光是波还是粒子[学习目标]1.知道光的波粒二象性，理解其对立统一的关系.2.知道光是一种概率波，知道概率波的统计意义.3.会用光的波粒二象性分析有关问题．一、光的波粒二象性[导学探究]　人类对光的本性的认识的过程中先后进行了一系列实验，比如：光的单缝衍射实验(图A)光的双缝干涉实验(图B)光电效应实验(图C)光的薄膜干涉实验(图D)康普顿效应实验等等．(1)在以上实验中哪些体现了光的波动性？哪些体现了光的粒子性？(2)光的波动性和光的粒子性是否矛盾？　　　　　答案　(1)单缝衍射、双缝干涉、薄膜干涉体现了光的波动性．光电效应和康普顿效应体现了光的粒子性．

2、(2)不矛盾．大量光子在传播过程中显示出波动性，比如干涉和衍射．当光与物质发生作用时，显示出粒子性，如光电效应、康普顿效应．光具有波粒二象性．[知识梳理]1．人类对光的本性的研究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，光速等于电磁波的速度光电效应、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，既有波动性，又有粒子性2．光的波粒二象性(1)(2)光子的能量和动量①能量：E＝hν.

3、②动量：p＝.(3)意义：能量E和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量．因此E＝hν和p＝揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系．[即学即用]　判断下列说法的正误．(1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性．(　√　)(2)光子数量越大，其粒子性越明显．(　×　)(3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．(　√　)(4)光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子．(　×　)二、再探光的双缝干涉实验[导学探究]　用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图1甲、乙、丙所示的图像．图1(1

4、)图像甲是曝光时间很短的情况，光点的分布有什么特点？说明了什么问题？(2)图像乙是曝光时间稍长情况，当光子数较多时落在哪些区域的概率较大？可用什么规律来确定？(3)图像丙是曝光时间足够长的情况，体现了光的什么性？怎样解释上述现象？答案　(1)当曝光时间很短时，屏上的光点是随机分布的，具有不确定性，说明了光具有粒子性．(2)落在某些条形区域的概率较大，这种概率可用波动规律来确定．(3)光的波动性．少量光子呈现粒子性，大量光子呈现波动性，而且光是一种概率波．[知识梳理]光波是一种概率波：光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，而是光子自身固有的性质，光子在空间出现的

5、概率可以通过波动的规律确定，所以，光波是一种概率波．[即学即用]　判断下列说法的正误．(1)光子通过狭缝后运动的轨迹是确定的．(　×　)(2)干涉条纹中，暗条纹是光子不能达到的地方．(　×　)(3)单个光子的运动具有偶然性，但光波强的地方是光子到达几率大的地方．(　√　)一、光的波粒二象性的理解1．大量光子产生的效果显示出波动性；个别光子产生的效果显示出粒子性．2．光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量．和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波．3．频率低、

6、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．4．光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此E＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系．例1　下面关于光的波粒二象性的说法中，不正确的是(　　)A．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性B．频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著C．光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性D．光不可能同时具有波动性和粒子性答案　D解析　光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显

7、，故A正确；在光的波粒二象性中，频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，故B正确；光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，故C正确；光的波粒二象性是指光即具有为波动性，又具有粒子性，二者是统一的，故D错误．二、对概率波的理解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．大量粒子运动的必然性：由波动规律我们可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律，因此我们可以对宏观现象进行预言．3．概率波体现了波粒二象性的和谐统一：概率波的主体是光子、

8、实物粒子，体现了粒子性的