《高中物理 第2章 波和粒子 2.3 光是波還是粒子導(dǎo)學(xué)案 滬科版選修35》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第2章 波和粒子 2.3 光是波還是粒子導(dǎo)學(xué)案 滬科版選修35（8頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 學(xué)案3　光是波還是粒子 [學(xué)習(xí)目標(biāo)定位] 1.知道光的波粒二象性，理解其對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系.2.知道光是一種概率波，知道概率波的統(tǒng)計(jì)意義.3.會(huì)用光的波粒二象性分析有關(guān)問題． 1．光是一種電磁波，具有波動(dòng)性，具有干涉和衍射等波所特有的性質(zhì)． 2．光子說：光不僅在發(fā)射和吸收時(shí)是一份一份的，而且光本身就是由一個(gè)個(gè)不可分割的能量子組成的，光子的能量E＝hν. 3．光電效應(yīng)現(xiàn)象和康普頓效應(yīng)表明，光具有粒子性，不僅具有能量，還具有動(dòng)量，光子的動(dòng)量p＝. 4．光的波粒二象性 (1)光是波，同時(shí)也是粒子，即光具有波粒二象性． (2)光子的能量E＝hν和動(dòng)量p＝.左側(cè)的物理量E和p描

2、述光的粒子性，右側(cè)的物理量ν和λ描述光的波動(dòng)性，普朗克常量h架起了粒子性與波動(dòng)性之間的橋梁． 5．光是一種概率波 光的干涉和衍射圖樣，可以用光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的概率來解釋，明條紋處是光子出現(xiàn)的概率大的區(qū)域，暗條紋處是光子出現(xiàn)的概率小的區(qū)域，光是一種概率波. 一、對(duì)光的波粒二象性的理解 [問題設(shè)計(jì)] 聯(lián)系回顧光的波動(dòng)理論的發(fā)展過程，結(jié)合現(xiàn)學(xué)知識(shí)說明：哪些現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性？哪些現(xiàn)象說明光具有粒子性？人們對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)發(fā)展史經(jīng)過哪幾個(gè)階段？從理論上如何說明光具有波粒二象性？ 答案　對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)史 學(xué)說 名稱 微粒說 波動(dòng)說 電磁說 光子說 波粒二 象性 代

3、表 人物 牛頓 惠更斯 麥克斯韋 愛因斯坦 公認(rèn) 實(shí)驗(yàn) 依據(jù) 光的直線 傳播、光 的反射 光的干 涉、衍射 能在真空中 傳播，是橫 波，光速等 于電磁波 波速 光電效 應(yīng)、康普 頓效應(yīng) 光既有波 動(dòng)現(xiàn)象， 又有粒子 特征 內(nèi)容 要點(diǎn) 光是一群 彈性粒子 光是一 種機(jī)械 波 光是一種 電磁波 光是由一 份一份光 子組成的 光是一種 概率波 光具有波 粒二象性 [要點(diǎn)提煉] 1．對(duì)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和動(dòng)量p＝ 普朗克常量h把描述粒子性的能量E和動(dòng)量p，與描述波動(dòng)性的

4、頻率ν、波長λ緊密聯(lián)系在一起，生動(dòng)地說明光具有波粒二象性． 例1　有關(guān)光的本性，下列說法正確的是(　　) A．光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，這是互相矛盾和對(duì)立的 B．光的波動(dòng)性類似于機(jī)械波，光的粒子性類似于質(zhì)點(diǎn) C．大量光子才具有波動(dòng)性，個(gè)別光子只具有粒子性 D．由于光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，無法只用其中一種去說明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性 解析　19世紀(jì)初，人們成功地在實(shí)驗(yàn)中觀察到了光的干涉、衍射現(xiàn)象，這屬于波的特征，微粒說無法解釋．但到了19世紀(jì)末又發(fā)現(xiàn)了光的新現(xiàn)象——光電效應(yīng)，這種現(xiàn)象波動(dòng)說不能解釋，證實(shí)光具有粒子性．因此，光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，但不同

5、于宏觀的機(jī)械波和粒子．波動(dòng)性和粒子性是光在不同的情況下的不同表現(xiàn)，是同一客觀事物的兩個(gè)不同側(cè)面、不同屬性，我們無法用其中一種去說明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性．故選項(xiàng)D正確． 答案　D 針對(duì)訓(xùn)練　對(duì)光的認(rèn)識(shí)，下列說法中正確的是(　　) A．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子 B．光的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性，不是光子之間的相互作用引起的 C．光表現(xiàn)出波動(dòng)性時(shí)，就不具有粒子性，光表現(xiàn)出粒子性時(shí)，就不具有波動(dòng)性 D．光的波粒二象性應(yīng)理解為：在某種情況下光的波動(dòng)性表現(xiàn)明顯，在另外某種情況下光的粒子性表現(xiàn)明顯 答案　BD 解析　光

6、與其他物質(zhì)相互作用時(shí)表現(xiàn)為粒子性，光在傳播時(shí)表現(xiàn)為波動(dòng)性．光的波動(dòng)性與粒子性都是光的本質(zhì)屬性．故正確答案為B、D. 二、再探光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn) [問題設(shè)計(jì)] 雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中(如圖1甲所示)，在光屏處放置照相底片，并設(shè)法減弱光的強(qiáng)度，使光子只能是一個(gè)一個(gè)地通過狹縫． 圖1 如圖乙所示，曝光時(shí)間短時(shí)，可看到底片上出現(xiàn)一些不規(guī)則分布的亮點(diǎn)，如圖丙所示，延長曝光時(shí)間，底片上出現(xiàn)的亮點(diǎn)更多了，曝光時(shí)間足夠長，有大量光子通過狹縫，底片上出現(xiàn)了規(guī)則的干涉條紋，如圖丁所示． 如何解釋曝光時(shí)間較短時(shí)的亮點(diǎn)和曝光時(shí)間較長時(shí)的干涉圖樣呢？ 答案　圖片上的亮點(diǎn)表明，光表現(xiàn)出粒子性，也看到光子的運(yùn)動(dòng)與宏

7、觀現(xiàn)象中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)不同，沒有一定的軌道．圖丙和丁的圖樣說明，光的波動(dòng)性是大量光子表現(xiàn)出來的現(xiàn)象， 在干涉條紋中，那些光波強(qiáng)的地方是光子到達(dá)機(jī)會(huì)多的地方或是到達(dá)幾率大的地方，光波弱的地方是光子到達(dá)機(jī)會(huì)少的地方．光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動(dòng)的規(guī)律確定，所以光波是一種概率波． [要點(diǎn)提煉] 1．單個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)的偶然性：我們可以知道粒子落在某點(diǎn)的概率，但不能預(yù)言粒子落在什么位置，即粒子到達(dá)什么位置是隨機(jī)的，是預(yù)先不能確定的． 2．大量粒子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律：光在傳播過程中，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動(dòng)規(guī)律確定，所以光波是一種概率波． 例2　為了驗(yàn)證光的波粒二象性，在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中將光屏換成

8、照相底片，并設(shè)法減弱光的強(qiáng)度，下列說法正確的是(　　) A．使光子一個(gè)一個(gè)地通過雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的單縫，如果時(shí)間足夠長，底片上將出現(xiàn)雙縫干涉圖樣 B．使光子一個(gè)一個(gè)地通過雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置的單縫，如果時(shí)間很短，底片上將出現(xiàn)不太清晰的雙縫干涉圖樣 C．大量光子的運(yùn)動(dòng)顯示光的波動(dòng)性 D．個(gè)別光子的運(yùn)動(dòng)顯示光的粒子性，光只有波動(dòng)性沒有粒子性 解析　光的波動(dòng)性是統(tǒng)計(jì)規(guī)律的結(jié)果，對(duì)個(gè)別光子我們無法判斷它落到哪個(gè)位置；對(duì)于大量光子遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律即對(duì)大量光子的運(yùn)動(dòng)或曝光時(shí)間足夠長，顯示出光的波動(dòng)性． 答案　AC 例3　在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個(gè)光強(qiáng)的95%以上，假設(shè)現(xiàn)在只讓

9、一個(gè)光子通過單縫，那么該光子(　　) A．一定落在中央亮紋處 B．一定落在亮紋處 C．可能落在暗紋處 D．落在中央亮紋處的可能性最大 解析　根據(jù)光波是概率波的概念，對(duì)于一個(gè)光子通過單縫落在何處，是不確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處．當(dāng)然也可能落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，不過，落在暗紋處的概率很小，故C、D選項(xiàng)正確． 答案　CD 光是波還是粒子 1．下列實(shí)驗(yàn)中，能證實(shí)光具有粒子性的是(　　) A．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn) B．光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn) C．光的圓孔衍射實(shí)驗(yàn) D．泊松亮斑實(shí)驗(yàn) 答案　A 解析　光的雙縫干涉、圓孔衍射、泊松亮斑實(shí)驗(yàn)都說明光具有波

10、動(dòng)性． 2．在下列現(xiàn)象中說明光具有波動(dòng)性的是(　　) A．光的直線傳播 B．光的衍射 C．光的干涉 D．光電效應(yīng) 答案　BC 3．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若在光屏處放上照相底片，并使光子流減弱到使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過狹縫，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果曝光時(shí)間不太長，底片上出現(xiàn)__________；如果曝光時(shí)間足夠長，底片上出現(xiàn)__________． 答案　不規(guī)則分布的點(diǎn)　　干涉圖樣 解析　在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果能使光子一個(gè)一個(gè)地通過狹縫，則曝光時(shí)間短時(shí)，底片上只出現(xiàn)一些不規(guī)則分布的點(diǎn)，不形成干涉特有的明暗相間的條紋，表現(xiàn)出光的粒子性．點(diǎn)的分布看似不規(guī)則，但點(diǎn)在底片上各處出現(xiàn)的

11、概率卻遵從雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中光強(qiáng)分布的規(guī)律，若曝光時(shí)間足夠長，底片上就出現(xiàn)如同強(qiáng)光短時(shí)間曝光一樣規(guī)則的干涉條紋．在干涉條紋中光波強(qiáng)度大的地方，也就是光子到達(dá)機(jī)會(huì)多的地方，所以，從這種意義上，可以把顯示波動(dòng)性的光看做表明光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種概率波． 4．下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中，正確的是(　　) A．有的光是波，有的光是粒子 B．光子與電子是同樣的一種粒子 C．光的波長越長，其波動(dòng)性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著 D．大量光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性 答案　C 解析　一切光都具有波粒二象性，光的有些行為(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動(dòng)性，光的有些行為(如光電效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，所以，不能

12、說有的光是波，有的光是粒子，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤． 雖然光子與電子都是微觀粒子，都具有波粒二象性，但電子是實(shí)物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實(shí)物粒子，沒有靜止質(zhì)量，電子是以實(shí)物形式存在的物質(zhì)，光子是以場(chǎng)形式存在的物質(zhì)，所以，不能說光子與電子是同樣的一種粒子，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤． 光的波粒二象性的理論和實(shí)驗(yàn)表明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為表現(xiàn)出粒子性，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤．光的波長越長，衍射性越好，即波動(dòng)性越顯著；光的波長越短，其光子能量越大，個(gè)別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應(yīng)，所以其粒子性就很顯著．故選項(xiàng)C正確，A、B、D錯(cuò)誤． [基礎(chǔ)題] 1．下列說法中正確的是(　　) A．

13、光的波粒二象性學(xué)說就是牛頓的微粒說加上惠更斯的波動(dòng)說組成的 B．光的波粒二象性徹底推翻了麥克斯韋的電磁理論 C．光子說并沒有否定電磁說，在光子的能量E＝hν中，ν表示波的特性，E表示粒子的特性 D．光波不同于宏觀觀念中那種連續(xù)的波，它是表明大量光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的一種概率波 答案　CD 解析　光的波動(dòng)性指大量光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小，可以用波動(dòng)規(guī)律來描述，不是惠更斯的波動(dòng)說中宏觀意義下的機(jī)械波．光的粒子性是指光的能量是一份一份的，一份是一個(gè)光子，不是牛頓微粒說中的經(jīng)典微粒．光子說與電磁說不矛盾，它們是不同領(lǐng)域的不同表述． 2．關(guān)于光的性質(zhì)，下列敘述中正確的是(　　) A．在其他同

14、等條件下，光的頻率越高，衍射現(xiàn)象越容易看到 B．頻率越高的光，粒子性越顯著；頻率越低的光，波動(dòng)性越顯著 C．大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動(dòng)性，個(gè)別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性 D．如果讓光子一個(gè)一個(gè)地通過狹縫時(shí)，它們將嚴(yán)格按照相同的軌道和方向做極有規(guī)則的勻速直線運(yùn)動(dòng) 答案　BC 解析　光具有波粒二象性，頻率越高，粒子性越顯著；少量光子表現(xiàn)出粒子性，但光子的波粒二象性是本身固有的． 3．在驗(yàn)證光的波粒二象性的實(shí)驗(yàn)中，下列說法正確的是(　　) A．使光子一個(gè)一個(gè)地通過單縫，如果時(shí)間足夠長，底片上會(huì)出現(xiàn)衍射圖樣 B．單個(gè)光子通過單縫后，底片上會(huì)出現(xiàn)完整的衍射圖樣 C．光子通過單

15、縫的運(yùn)動(dòng)路線像水波一樣起伏 D．單個(gè)光子通過單縫后打在底片上的情況呈現(xiàn)出隨機(jī)性，大量光子通過單縫后打在底片上的情況呈現(xiàn)出規(guī)律性 答案　AD 4．有關(guān)光的本性的說法正確的是(　　) A．關(guān)于光的本性，牛頓提出了“微粒說”，惠更斯提出了“波動(dòng)說”，愛因斯坦提出了“光子說”，它們都圓滿地說明了光的本性 B．光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子 C．光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性，光電效應(yīng)說明光具有粒子性 D．在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，如果有光通過雙縫則顯出波動(dòng)性 答案　C 解析　牛頓主張的“微粒說”中的微粒與實(shí)物粒子一樣，惠更斯主張的“波動(dòng)

16、說”中的波與宏觀機(jī)械波等同，這兩種觀點(diǎn)是相互對(duì)立的，都不能說明光的本性，所以A、B錯(cuò)誤，C正確；在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，雙縫干涉出現(xiàn)明、暗均勻的條紋，當(dāng)讓光子一個(gè)一個(gè)地通過單縫，曝光時(shí)間短時(shí)表現(xiàn)出粒子性，曝光時(shí)間長時(shí)表現(xiàn)出波動(dòng)性，所以D錯(cuò)誤． 5．關(guān)于光的波粒二象性的下列說法中，不正確的是(　　) A．光既有波動(dòng)性，又有粒子性 B．光的波粒二象性徹底推翻了光的電磁說 C．光的波粒二象性學(xué)說是把牛頓的光微粒說和惠更斯的光波動(dòng)說相加得出的結(jié)論 D．光的波粒二象性是一切微觀粒子所普遍具有的二象性中的一個(gè)具體例子 答案　BC 解析　光的波粒二象性是指光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，不同于牛頓的微

17、粒說中的粒子和惠更斯波動(dòng)說中的波． [能力題] 6．光通過各種不同的障礙物后會(huì)產(chǎn)生各種不同的衍射條紋，衍射條紋的圖樣與障礙物的形狀相對(duì)應(yīng)，這一現(xiàn)象說明(　　) A．光是電磁波 B．光具有波動(dòng)性 C．光可以攜帶信息 D．光具有波粒二象性 答案　BC 解析　光能發(fā)生衍射現(xiàn)象，說明光有波動(dòng)性，B正確．衍射圖樣與障礙物的形狀對(duì)應(yīng)，說明了衍射圖樣中包含了障礙物等物體的信息，C正確．光是電磁波，光也具有波粒二象性，但在這個(gè)現(xiàn)象中沒有得到反映，A、D不正確． 7．下列列舉的是人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)： A．牛頓的微粒說和惠更斯的波動(dòng)說 B．光的干涉、衍射現(xiàn)象證明波動(dòng)說是正確的

18、 C．光電效應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為愛因斯坦的光子說誕生奠定了基礎(chǔ) D．光波的傳播介質(zhì)問題是麥克斯韋電磁說誕生的基礎(chǔ) E．一切微觀粒子都具有波粒二象性 F．光具有波粒二象性 G．微觀世界波粒二象性的統(tǒng)一，使人們認(rèn)識(shí)到光的波動(dòng)性實(shí)際是光子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的概率波 請(qǐng)按人類的認(rèn)識(shí)發(fā)展進(jìn)程將字母按順序排列起來：______. 答案　ABDCFEG 解析　對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)過程有五大學(xué)說．按其發(fā)展順序?yàn)椋号ｎD支持的微粒說，惠更斯提出的波動(dòng)說，麥克斯韋提出的電磁說，愛因斯坦在普朗克量子說的基礎(chǔ)上提出了光子說，最后是現(xiàn)代物理學(xué)將兩大對(duì)立學(xué)說加以綜合的光的波粒二象性，所以順序應(yīng)為A、B、D、C、F、E、G.學(xué)案 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375