2013年沪科物理选修3-5课件：第2章2.3

2．3光是波还是粒子核心要点突破课堂互动讲练课前自主学案知能优化训练2．3课标定位学习目标：1.知道光具有波粒二象性．2．了解概率波的含义，知道光是一种概率波．重点难点：认识光具有波粒二象性．课标定位课前自主学案一、光的波粒二象性光的干涉、衍射、偏振现象表明光具有_____性，麦克斯韦提出了光是一种_______，并且得到了证实．光电效应和康普顿效应表明光具有______性，现代物理学对光的本性的认识是：光是波，同时也是粒子，即光具有_________性．波动电磁波粒子波粒二象二、再探光的双缝干涉实验重做光的双缝干涉实验，分别按下面的步骤进行：1．很短的曝光时间，底片上出现了随机分布的光点．2．很长的曝光时间，底片上出现了清晰的干涉图样，曝光时间越长，图样就越清晰．光子出现在明条纹处的概率______出现在暗条纹处的概率，用光子在空间出现的概率来解释光的干涉图样，即认为光是一种________．大于概率波思考感悟双缝干涉现象中暗条纹是光子达不到的地方吗？提示：不是．个别光子的运动表现为粒子性，大量光子的运动表现为波动性．在干涉条纹中，显现明条纹的地方，也就是光子到达机会多的地方，即光子出现概率大的地方；显现暗条纹的地方，也就是光子到达机会少的地方，即光子出现概率小的地方．核心要点突破一、对光的波粒二象性的理解实验基础表现说明光的波动性干涉和衍射(1)光是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律来描述．(2)足够能量的光在传播时，表现出波的性质.(1)光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的．(2)光的波动性不同于宏观观念的波．实验基础表现说明光的粒子性光电效应、康普顿效应(1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质．(2)少量或个别光子清楚地显示出光的粒子性.(1)粒子的含义是“不连续”、“一份一份”的．(2)光子不同于宏观观念的粒子．光的波粒二象性(1)大量光子易显示波动性，而少量光子易显示粒子性．(2)波长长(频率低)的光波动性强，而波长短(频率高)的光粒子性强.(1)光子说并未否定波动性，E＝hν＝hc/λ中，ν和λ就是波的概念．(2)波和粒子在宏观世界是不能统一的，而在微观世界却是统一的.二、对概率波的理解1．单个光子运动的偶然性我们可以知道光子落在某点的概率，但不能预言光子落在什么位置，即光子到达什么位置是随机的，是预先不确定的．2．大量光子运动的必然性由波动规律，我们可以准确地知道，大量光子运动时的统计规律，因此我们可以对宏观现象进行预言．特别提醒：概念波是统计规律的一种表现．即时应用(即时突破，小试牛刀)在双缝干涉实验中，若在像屏处放上照相底片，并使光子流减弱到使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果证明，如果曝光时间不太长，底片上出现________________；如果曝光时间足够长，底片上出现________________．解析：在双缝实验中，如能使光子一个一个地通过狭缝，如果曝光时间短时，底片上只出现一些无规则分布的点子，形不成干涉特有的明、暗相间的条纹，表现出光的粒子性．点子分布看似无规则，但点子在底片上各处出现的概率却遵从双缝干涉实验中波强分布的规律；如果曝光时间足够长，底片上就出现如同强光短时间曝光一样的规则的干涉条纹．在干涉条纹中光波强大的地方，也就是光子到达机会多的地方．所以，这种意义上，可以把光的波动性看作表明光子运动规律的一种概率波．答案：无规则分布的光点规则的干涉图样课堂互动讲练光的波粒二象性的应用例1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．大量光子的行为往往显示出粒子性【精讲精析】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)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．光的波粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著．综上所述，本题正确答案为选项C.【答案】C【名师点睛】把微粒与波对立是由于人们对自然界认识的局限，现代物理学对自然的认识，已经打破了这种局限，光既是波又是粒子，只是在不同环境条件下，它们显现的程度不同．对概率波的理解例2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【自主解答】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，可达到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C、D正确．【答案】CD【规律总结】必须注意，暗纹处也有光子到达，只是由于光子个数少，反射后进入人眼的光子数少，人的视觉神经感觉不到．