高中物理 2.3 光是波还是粒子学案 沪科版选修3-5

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1、学案3　光是波还是粒子[学习目标定位]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．1．光是一种电磁波，具有波动性，具有干涉和衍射等波所特有的性质．2．光子说：光不仅在发射和吸收时是一份一份的，而且光本身就是由一个个不可分割的能量子组成的，光子的能量E＝hν.3．光电效应现象和康普顿效应表明，光具有粒子性，不仅具有能量，还具有动量，光子的动量p＝.4．光的波粒二象性(1)光是波，同时也是粒子，即光具有波粒二象性．(2)光子的能量E＝hν和动量p＝.左侧的物理量E和p描述光的粒子性，右侧的物理

2、量ν和λ描述光的波动性，普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁．5．光是一种概率波光的干涉和衍射图样，可以用光子在空间各点出现的概率来解释，明条纹处是光子出现的概率大的区域，暗条纹处是光子出现的概率小的区域，光是一种概率波.一、对光的波粒二象性的理解[问题设计]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？哪些现象说明光具有粒子性？人们对光的本性的认识发展史经过哪几个阶段？从理论上如何说明光具有波粒二象性？答案　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

3、光的干涉、衍射能在真空中传播，是横波，光速等于电磁波光电效应、康普顿效应光既有波动现象，又有粒子特征波速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]1．对光的波粒二象性的理解光的波粒二象性2．光子的能量E＝hν和动量p＝普朗克常量h把描述粒子性的能量E和动量p，与描述波动性的频率ν、波长λ紧密联系在一起，生动地说明光具有波粒二象性．例1　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B．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

4、，个别光子只具有粒子性D．由于光既具有波动性，又具有粒子性，无法只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解析　19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．但到了19世纪末又发现了光的新现象——光电效应，这种现象波动说不能解释，证实光具有粒子性．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和粒子．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．故选项D正确．答案　D针对训练　对光的认识，下列说法中正确的

5、是(　　)A．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，光表现出粒子性时，就不具有波动性D．光的波粒二象性应理解为：在某种情况下光的波动性表现明显，在另外某种情况下光的粒子性表现明显答案　BD解析　光与其他物质相互作用时表现为粒子性，光在传播时表现为波动性．光的波动性与粒子性都是光的本质属性．故正确答案为B、D.二、再探光的双缝干涉实验[问题设计]双缝干涉实验中(如图1甲所示)，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

6、一个地通过狭缝．图1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，底片上出现的亮点更多了，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．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？答案　图片上的亮点表明，光表现出粒子性，也看到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．图丙和丁的图样说明，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．光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，

7、所以光波是一种概率波．[要点提炼]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．大量粒子运动的统计规律：光在传播过程中，光子在空间出现的概率可以通过波动规律确定，所以光波是一种概率波．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，如果时间很短