高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第三节 光的波粒二象性教课ppt课件

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知识点一　光的波粒二象性1．光的干涉和衍射实验表明，光是一种电磁波，具有波动性；光电效应和康普顿效应则表明，光在与物体相互作用时，是以一个个光子的形式出现的，具有粒子性．2．双缝干涉实验中每次穿过双缝的只有一个光子，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，波动性是每一个光子的属性．光既有粒子性，又有波动性，单独使用波或粒子都无法完整地描述光的所有性质．这种性质叫作光的波粒二象性．
知识点二　概率波在光的双缝干涉实验中，亮纹地方光子落下的概率大，暗纹地方光子落下的概率小．干涉条纹是光子在感光片上各点的概率分布的反映．这种概率分布就好像波干涉时强度的分布．从这个意义上讲，有人把对光的描述说成是概率波．
小试身手1．关于光的本性，下列说法正确的是(　　)A．关于光的本性，牛顿提出“微粒说”，惠更斯提出“波动说”，爱因斯坦提出“光子说”，这些理论都说明了光的本性B．光具有波粒二象性是指，既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子C．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性D．光的波粒二象性将牛顿的“微粒说”和惠更斯的“波动说”真正有机地统一起来
C　解析：光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律来描述，不是惠更斯的“波动说”中宏观意义下的机械波．光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一个光子，不是牛顿“微粒说”中的经典微粒．某现象说明光具有波动性，是指波动理论能解释这一现象；某现象说明光具有粒子性，是指能用粒子说解释这一现象．综上，选项C正确．
2．在做双缝干涉实验时，发现100个光子中有96个通过双缝后打到了观察屏上的b处，则b处可能是(　　)A．亮纹B．暗纹C．既有可能是亮纹也有可能是暗纹D．以上各种情况均有可能
A　解析：光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，由于大部分光子都落在b点，故b处一定是亮纹，选项A正确．
探究一　对光的波粒二象性的理解1．对光的本性认识史．人类对光的认识经历了漫长的历程，从牛顿的光的“微粒说”到托马斯·杨和菲涅耳的“波动说”，从麦克斯韦的光的“电磁说”到爱因斯坦的“光子说”．直到20世纪初，对于光的本性的认识才提升到一个更高层次，即光具有波粒二象性．对于光的本性认识史，列表如下：
2.对光的波粒二象性的理解．
►特别提醒　大量光子表现出波动性，个别光子表现出粒子性，光具有波粒二象性．
【典例1】　(多选)关于光的波粒二象性的理解正确的是(　　)A．大量光子的行为往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性B．光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子C．高频光是粒子，低频光是波D．波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著
AD　解析：波粒二象性是光的根本属性，光在传播时波动性显著，光与物质相互作用时粒子性显著，频率高的光粒子性显著，频率低的光波动性显著，A、D正确，B、C错误．
解答此类问题时应把握以下三点(1)光具有波粒二象性，光与实物粒子有区别．(2)光的波长越长波动性越强，波长越短粒子性越显著．(3)个别光子易显示粒子性，大量光子易显示波动性.
1．(多选)下列有关光的波粒二象性的说法中，正确的是 (　　)A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D．康普顿效应表明光具有粒子性
CD　解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍射)表现出波动性，光的有些行为(如光电效应、康普顿效应)表现出粒子性，所以，不能说有的光是波，有的光是粒子；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，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；光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，粒子性就越显著．故选项C、D正确，A、B错误．
探究二　对概率波的认识与理解1．1926年，德国物理学家玻恩提出了概率波，认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性，但是大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统计规律．2．光子的行为服从统计规律．干涉加强处表示光子到达的数目多，从统计的观点来看，就是光子在该处出现的概率大；干涉减弱处表示光子到达的数目少，也就是光子在该处出现的概率小．这种概率的分布服从波动规律，因此，我们把光波叫作概率波．
►特别提醒　(1)在光的干涉和衍射现象中，我们不能确定光子落在哪一位置，但光子落在某一位置附近的概率可以确定，且光子在空间出现的概率受波动规律的支配．(2)在双缝干涉和单缝衍射的暗条纹处也有光子到达，只是光子数量“特别少”，很难呈现出亮度．(3)要理解统计规律，对统计规律的认识是理解概率波的前提．
【典例2】　(多选)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95%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B．一定落在亮纹处C．可能落在暗纹处D．落在中央亮纹处的可能性最大
CD　解析：根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达95%以上．当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故选项C、D正确．
(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．
2．一个电子被加速后，以极高的速度在空间运动，关于它的运动，下列说法中正确的是(　　)A．电子在空间做匀速直线运动B．电子上下左右颤动着前进C．电子运动轨迹是正弦曲线D．无法预言它的路径
D　解析：根据概率波的知识可知，某个电子在空间中运动的路径我们无法确定，只能根据统计规律确定大量电子的运动区域．故选项D正确．
3．(多选)在做双缝干涉实验中，在观察屏的某处是亮纹，则对光子到达观察屏的位置，下列说法正确的是(　　)A．到达亮纹处的概率比到达暗纹处的概率大B．到达暗纹处的概率比到达亮纹处的概率大C．对于某一光子，它可能到达光屏的任何位置D．以上说法均有可能
AC　解析：根据概率波的含义，一个光子到达亮纹处的概率要比到达暗纹处的概率大得多，但并不是一定能够到达亮纹处，并且光子可能到达光屏上的任何位置，故A、C正确．