2018版高中物理 第四章 波粒二象性 4.3 光的波粒二象性導(dǎo)學(xué)案 教科版選修3-5

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1、3　光的波粒二象性[目標(biāo)定位]　1.了解康普頓效應(yīng)及其意義，了解光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋.2.知道光的波粒二象性，知道波和粒子的對立統(tǒng)一的關(guān)系.3.了解什么是概率波，知道光也是一種概率波.1．康普頓效應(yīng)(1)光的散射：光子在介質(zhì)中和物體微粒相互作用，使光的傳播方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象叫光的散射．(2)康普頓效應(yīng)：X射線經(jīng)物質(zhì)散射后波長變長的現(xiàn)象．2．光的波粒二象性(1)光既具有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性．(2)光的波動性的證明：光能發(fā)生干涉、衍射和色散等波特有的現(xiàn)象．(3)光的粒子性的證

2、明：光在與其他物質(zhì)相互作用時(shí)，能量和動量是以一份一份的形式進(jìn)行交換的．光電效應(yīng)現(xiàn)象和康普頓效應(yīng)證明光具有粒子性．3．光子的能量ε＝hν，動量p＝，兩式左側(cè)的ε和p描述光的粒子性，右側(cè)的ν和λ描述光的波動性，兩式把粒子性和波動性緊密地聯(lián)系了起來．4．光是一種概率波在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，屏上亮紋的地方，是光子到達(dá)概率大的地方，暗紋的地方是光子到達(dá)概率小的地方．所以光波是一種概率波，即光波在某處的強(qiáng)度代表著光子在該處出現(xiàn)概率的大?。A(yù)習(xí)完成后，請把你疑惑的問題記錄在下面的表格中問題1問題2問題3一、對康普頓效應(yīng)

3、的理解康普頓效應(yīng)不僅有力地驗(yàn)證了光子理論，而且也證實(shí)了微觀領(lǐng)域的現(xiàn)象，也嚴(yán)格遵循能量守恒和動量守恒定律．康普頓效應(yīng)深刻揭示出光具有粒子性的一面．【例1】　康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量，也有動量．圖1給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運(yùn)動方向，則碰撞后光子可能沿方向________運(yùn)動，并且波長________(填“不變”“變短”或“變長”)．圖1答案　1　變長解析　因光子與電子的碰撞過程動量守恒，所以碰撞后光子和電子的總動量的方向與光子碰撞前動量的方向一致，可見碰撞后光子運(yùn)動的方向可能沿1方向，不

4、可能沿2或3方向；通過碰撞，光子將一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，光子的能量減少，由ε＝hν知，頻率變小，再根據(jù)c＝λν知，波長變長．二、對光的波粒二象性的理解實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)表現(xiàn)說明光的波動性干涉和衍射1.光是一種概率波，即光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大小(概率)可用波動規(guī)律來描述．2.足夠能量的光在傳播時(shí)，表現(xiàn)出波的性質(zhì).1.光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間相互作用產(chǎn)生的．2.光的波動性不同于宏觀觀念的波．光的粒子性光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)①當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)，這種作用是“一份一份”進(jìn)行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)

5、．②少量或個(gè)別光子清楚地顯示出光的粒子性①粒子的含義是“不連續(xù)”、“一份一份”的．②光子不同于宏觀觀念的粒子波動性和粒子性的對立、統(tǒng)一①大量光子易顯示波動性，而少量光子易顯示出粒子性．②波長長(頻率低)的光波動性強(qiáng)，而波長短(頻率高)的光粒子性強(qiáng)①光子說并未否定波動性，E＝hν＝中，ν和λ就是波的概念．②波和粒子在宏觀世界是不能統(tǒng)一的，而在微觀世界卻是統(tǒng)一的【例2】　(多選)關(guān)于光的波粒二象性的理解正確的是(　　)A．大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性B．光在傳播時(shí)是波，而

6、與物質(zhì)相互作用時(shí)就轉(zhuǎn)變成粒子C．高頻光是粒子，低頻光是波D．波粒二象性是光的根本屬性，有時(shí)它的波動性顯著，有時(shí)它的粒子性顯著答案　AD解析　光的波粒二象性指光有時(shí)候表現(xiàn)出的粒子性較明顯，有時(shí)候表現(xiàn)出的波動性較明顯，D正確；大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動性，個(gè)別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性，A正確；光在傳播時(shí)波動性顯著，光與物質(zhì)相互作用時(shí)粒子性顯著，B錯誤；頻率高的光粒子性顯著，頻率低的光波動性顯著，C錯誤．借題發(fā)揮　解答此類問題的關(guān)鍵是要理解以下知識要點(diǎn)：(1)光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，也就是說光具有

7、波粒二象性；(2)光的波動性在光的傳播過程中體現(xiàn)出來，具有一定的波長和頻率，能夠發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象；(3)光的粒子性在它與物質(zhì)的相互作用時(shí)體現(xiàn)出來，光子具有一定的能量(ε＝hν)和動量.針對訓(xùn)練　有關(guān)光的本性，下列說法正確的是(　　)A．光既具有波動性，又具有粒子性，這是互相矛盾和對立的B．光的波動性類似于機(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性，個(gè)別光子只具有粒子性D．由于光既具有波動性，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答案　D解析　19世紀(jì)初，

8、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)，證實(shí)光具有粒子性．這種現(xiàn)象波動說不能解釋，因此，光既具有波動性，又具有粒子性，但不同于宏觀的機(jī)械波和機(jī)械粒子．波動性和粒子性是光在不同的情況下的不同表現(xiàn)，是同一物體的兩個(gè)不同側(cè)面，不同屬性，我們無法用其中的一種去說明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性．選D.三、對光是概率波的理解1．單個(gè)粒子運(yùn)動的偶然性：我們可以知道粒子落在某