粤教版高中物理选修3-5光的波粒二象性.ppt

光的波粒二象性 1．知道光既具有波动性又有粒子性． 2．了解光是一种概率波． 在经典物理学的观念中，人们形成了一种观念，物质要么具有粒子性，要么具有波动性，非此即彼． 光的干涉、衍射等现象无可争辩地表明光具有波动性，而光电效应又无可争辩地表明光具有粒子性．由于光既具有波动性又具有粒子性，我们将无法只用其中的一种去说明光的一切行为． 现在，人们认识到，光既具有波动性又具有粒子性，也就是说光具有波粒二象性． 显而易见，在经典物理学中，波和粒子是两种不同的研究对象，具有非常不同的表现．那么，为什么光和微观粒子既表现有波动性又表现有粒子性的双重属性呢？让我们一起去探索经典的粒子和经典的波吧！ 一、光的波粒二象性的本质 1．经双缝的相干光源会在屏上出现________的干涉条纹，这种现象证明光是一种________，双缝干涉是大量光子叠加的结果． 2．光既有________，又有________，这种性质称为波粒二象性． 3．大量光子易显示________，少量光子易显示______；波长长(频率低)的光________强，而波长短(频率高)的光________强． 二、概率波 光波是一种________波，在光的双缝干涉中，亮纹地方光子落上的________大，暗纹地方光子落上的________小． 　概率 明暗相间 波 粒子性 波动性 波动性 粒子性 波动性 粒子性 概率 概率　 光的波粒二象性的认识与理解 光具有粒子性，又有波动性，单独使用波或粒子的解释都无法完整地描述光的所有性质，有人就把这种性质称为波粒二象性． 大量(多数)光子行为易表现为波动性，个别(少数)光子行为易表现出粒子性；波长较长的，易表现为波动性；波长较短的，易表现为粒子性；光在传播的过程中，易表现为波动性；在与其他物质相互作用时，易表现为粒子性．光是波动性与粒子性的统一． 光在传播时体现出波动性起主导作用，在与其他物质相互作用时，粒子性起主导作用． 光的能量与其对应的频率成正比，而频率是反映波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性与波动性的密切联系． 波动性是光子的本身属性，不能把光看作宏观上的波，也不能把光看作宏观上的粒子． 例1：有关光的本性的说法正确的是(　　) A．有关光的本性，牛顿提出了“粒子性”，惠更斯提出了“波动性”，爱因斯坦提出了“光子说”，它们都圆满地说明了光的本性 B．光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念的波，也可以看成微观概念上的粒子 C．光的干涉、衍射说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性 D．在光双缝干涉实验中，如果光通过双缝时显出波动性，如果光只通过一个缝时显示出粒子性 解析：牛顿主张的粒子说中的粒子与实物粒子一样，惠更斯主张的波动说中的波动与宏观机械波等同，这两种观点是相互对立的，都不能说明光的本性，则A、B错，C对．在双缝实验中，双缝干涉出现明暗均匀的条纹，当让光子一个一个地通过单缝时，曝光时间短时表现出粒子性，曝光时间长时表现出波动性，则D错． 答案：C 1．(双选）关于光的波粒二象性的理解正确的是(　　) A．大 量光子的效果往往表现出波动性，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 课堂训练 解析：根据光的波粒二象性知，A、D正确，B、C错误. 答案：AD 概率波的认识与理解 1926年，德国物理学家玻恩(Born, 1882－1972) 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． 不能把光当成宏观概念中的波或粒子，因为宏观世界的波动性与粒子性是对立的，而光的波动性与粒子性是统一在同一客体即光子上的．这里所指的“波”并非宏观概念中的波，它是一种概率波．“粒子”也不是宏观概念中的微小粒子，而是指光子． 概率波对光的双缝衍射现象的解释：光是一种粒子，它和物质的作用是“一份一份”地进行的，用很弱的光做双缝干涉实验．从光子打在胶片上的位置，我们发现了规律性． 分 实验结果表明，如图所示，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些无规则分布的点子，那些点子是光子打在底片上形成的，如果曝光时间足够长，我们无法把它们区分开，因此看起来是连续的．单个光子通过双缝后的落点无法预测，但是研究很多光子打在胶片上的位置，我们发现了规律性：光子落在某些条形区域内的可能性较大．这些条形区域正是某种波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域．这个现象表明，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，正是由于这个原因，波恩指出：虽然不能肯定某个光子落在哪一点，但由屏上各处明暗不同可知，光子落在各点的概率是不一样的，即光子落在明纹处的概率大