粵教物理選修3524光的波粒二象性學(xué)案

1、2.4 光的波粒二象性 學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】（1）知道光既具有波動(dòng)性又有粒子性。（2）了解光是一種概率波?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)】量子化、二象性、概率波等概念【知識(shí)要點(diǎn)】1、光的波粒二象性 （1）我們所學(xué)的大量事實(shí)說明：光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光具有波粒二象性。光的分立性和連續(xù)性是相對(duì)的，是不同條件下的表現(xiàn)，光子的行為服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律（2）光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的概率遵從波動(dòng)規(guī)律，物理學(xué)中把光波叫做概率波。2、光子的能量與頻率以及動(dòng)量與波長(zhǎng)的關(guān)系。 3、概率波分析圖片：     結(jié)論：（1）左側(cè)圖片清晰的顯示了光的粒子性（2）光子落在某些條形區(qū)域內(nèi)的可能性較大（對(duì)于波的干涉即為干涉

2、加強(qiáng)區(qū)），說明光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大小可以用波動(dòng)規(guī)律進(jìn)行解釋得出：光波是一種概率波，概率表征某一事物出現(xiàn)的可能性生活中，涉及概率統(tǒng)計(jì)的事件很多，例如：在研究分子熱運(yùn)動(dòng)時(shí)，研究單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)是毫無意義的，需要研究的是大量分子整體表現(xiàn)出來的規(guī)律，這叫做統(tǒng)計(jì)規(guī)律【問題探究】問題1.誰大膽地將光的波粒二象性推廣到實(shí)物粒子？只是因?yàn)樗竽憜?？（法?guó)科學(xué)家德布羅意考慮到普朗克能量子和愛因斯坦光子理論的成功，大膽地把光的波粒二象性推廣到實(shí)物粒子。）問題2.怎樣理解光的波粒二象性？解答：大量光子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律顯示波動(dòng)性，個(gè)別光子的行為顯示出粒子性，頻率越低（波長(zhǎng)越長(zhǎng)），光的波動(dòng)性就越明顯；頻率越高（波長(zhǎng)越

3、短），粒子性就越顯著。利用愛因斯坦對(duì)光電效應(yīng)的解釋可理解光的粒子性，通過把暴光量很大的膠片同某種波的雙縫干涉圖樣比較，可理解光是一種概率波，光子說并未否定光的波動(dòng)性，光的波粒二象性是光的客觀屬性，但它不同于牛頓定律中所說的微觀和宏觀現(xiàn)象的波【典型例題】例1、光的_和_現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性，_現(xiàn)象說明光具有粒子性我們無法只用其中一種觀點(diǎn)說明光的一切行為，因而認(rèn)為光具有_性答案：干涉，衍射，光電效應(yīng)，波粒二象 例2、根據(jù)光與水波的類比，試解釋在淺海灘邊，不論海中波浪向什么方向傳播，當(dāng)?shù)竭_(dá)岸邊時(shí)為什么總是沿著大約垂直于岸的方向傳來？提示：波在淺水中傳播時(shí)，水越淺，波速越小分析：因?yàn)楣鈴墓馐杞橘|(zhì)向光密

4、介質(zhì)傳播時(shí)，光的傳播速度減小，折射角小于入射角，折射線向法線靠攏如果光在折射率逐漸遞增的連續(xù)介質(zhì)中傳播，可以設(shè)想把連續(xù)介質(zhì)分成許多薄層，光從折射率較小的薄層逐漸進(jìn)入折射率較大的薄層時(shí)，折射線會(huì)越來越向法線靠攏，最終趨向于接近法線的方向從深處向海灘邊傳播的水波，波速也逐漸減小，根據(jù)與光的類比，仿佛進(jìn)入折射率逐漸增大的介質(zhì)，所以它的傳播方向跟垂直海岸的方向線之間的夾角也逐漸減小，最終必將沿著大約垂直海岸的方向傳來，并且，這個(gè)結(jié)果與海浪向什么方向傳播無關(guān)水波與光波的類比可用圖表示討論：惠更斯通過光波與水波等類比提出光的波動(dòng)說時(shí)，由于當(dāng)時(shí)還無法深刻認(rèn)識(shí)到光的本性，從類比得一個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)論，認(rèn)為光跟聲波一

5、樣是縱波這樣，也就無法用波動(dòng)說解釋橫波所特有的偏振等光現(xiàn)象因此，在當(dāng)年關(guān)于光的本性的論戰(zhàn)中顯得被動(dòng)，再加上牛頓在科學(xué)界的崇高威望，很長(zhǎng)一段時(shí)期中微粒說處于主導(dǎo)地位例3、光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性。大量光子表現(xiàn)出的_強(qiáng)，少量光子表現(xiàn)出的_強(qiáng)；頻率高的光子表現(xiàn)出的_強(qiáng)，頻率低的光子表現(xiàn)出的_強(qiáng)答案：波動(dòng)性，粒子性，粒子性，波動(dòng)性【規(guī)律總結(jié)】光既表現(xiàn)出波動(dòng)性，又表現(xiàn)出粒子性，由于微觀世界的某些屬性與宏觀世界不同，而我們的經(jīng)驗(yàn)僅局限于宏觀物體的運(yùn)動(dòng)在生活中找不到一個(gè)既具有粒子性、又具有波動(dòng)性的物理模型幫助我們研究光子的規(guī)律隨著人類認(rèn)識(shí)的范圍不斷擴(kuò)大，不可能直接感知的事物出現(xiàn)在我們的眼前，需要我們建立

6、新的模型，提出新的理論來進(jìn)行研究，對(duì)于一種模型，只要能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，它就能在一定范圍內(nèi)表示所研究對(duì)象的規(guī)律【當(dāng)堂反饋】1、在經(jīng)典物理學(xué)的概念中，粒子的運(yùn)動(dòng)在任意時(shí)刻有確定的_、_和_，波在空間中傳播有固定的_和_，表示波具有空間上的周期性。2、在弱光的干涉實(shí)驗(yàn)中，控制光的強(qiáng)度，使前一個(gè)光子到達(dá)屏幕后才發(fā)出第二個(gè)光子，從而排除光子之間相互作用的可能性。在這種情況下，如果時(shí)間較短，則在光屏上出現(xiàn)的是_，若經(jīng)過比較長(zhǎng)的時(shí)間，則在屏上可以看到_。這說明光子到達(dá)亮條紋處的_較大，到達(dá)暗條紋處的_較小，所以我們可以說光是一種_波3、用電子做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，少量電子在屏上看不到分布規(guī)律，體現(xiàn)了電子的_性，

7、但大量電子通過雙縫時(shí)，在屏上就得到了清晰的干涉條紋，體現(xiàn)了電子的_性。4、電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子和光子一樣，具有波動(dòng)性，這種波動(dòng)性就是粒子本身在空間某處出現(xiàn)的_大小問題；但光子又不同于其他實(shí)物粒子，光子在真空中的_是其他粒子永遠(yuǎn)達(dá)不到的5、在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)100個(gè)光子中有96個(gè)通過雙縫后打到了觀察屏上的某處，則該處可能 ( A出現(xiàn)亮條紋 B出現(xiàn)暗條紋C可能出現(xiàn)亮條紋，可能出現(xiàn)暗條紋 D出現(xiàn)明暗相間的條紋6、下列各種波是概率波的是 ( )A聲波 B無線電波 C光波 D物質(zhì)波7、在做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，在觀察屏的某處是亮紋，則對(duì)光子到達(dá)觀察屏的位置，下列說法正確的是 ( )A到達(dá)亮條紋處的概率比到

8、達(dá)暗條紋處的概率大 B到達(dá)暗條紋處的概率比到達(dá)亮條紋處的概率大 C該光子可能到達(dá)觀察屏的任意位置 D以上說法均不可能8、有關(guān)經(jīng)典物理中的粒子，下列說法正確的是( )A有一定的大小，但沒有一定的質(zhì)量 B有一定的質(zhì)量，但沒有一定的大小C既一定的大小，也有一定的質(zhì)量D有的粒子還有一定量的電荷9、關(guān)于經(jīng)典波的特征，下列說法正確的是( )A具有一定的頻率，但沒有固定的波長(zhǎng)B具有一定的波長(zhǎng)，但沒有固定的頻率C既有一定的頻率，也有固定的波長(zhǎng)D還具有周期性10、在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮條紋的光強(qiáng)占入射光光強(qiáng)的95%以上，假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)光子通過單縫，則該光子( )A一定落在中央亮條紋上 B一定落在亮條紋處 C

9、可能落在暗條紋處 D落在中央亮條紋處的可能性最大11、試根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)解釋為什么光是一種概率波？12、利用學(xué)過的知識(shí)解釋實(shí)驗(yàn)室中電子云的形成原因和特點(diǎn)?！緟⒖即鸢浮?、軌道，位置，速度，頻率，波長(zhǎng) 2、無規(guī)則分布的曝光點(diǎn)，明顯的干涉條紋，概率，概率，概率 3、粒子，波動(dòng) 4、概率，傳播速度 5、ACD 6、A 7、CD 8、AC 9、CD 10、CD 11、在弱光的干涉實(shí)驗(yàn)中，控制光的強(qiáng)度，使前一個(gè)光子到達(dá)屏幕后才發(fā)出第二個(gè)光子，從而排除光子之間相互作用的可能性。在這種情況下，如果時(shí)間較短，則在光屏上出現(xiàn)的是無規(guī)則分布的曝光點(diǎn)，若經(jīng)過比較長(zhǎng)的時(shí)間，則在屏上可以看到明顯的干涉條紋。這說明光子到達(dá)亮條紋處的概率較大，到達(dá)暗條紋