新教材同步輔導(dǎo)2023年高中物理第四章波粒二象性第三節(jié)光的波粒二象性課件粵教版選擇性必修第三冊

第四章波粒二象性學(xué)習(xí)目標(biāo)物理與STSE1．知道光的波粒二象性并會分析有關(guān)現(xiàn)象．(重點、難點)2．了解什么是概率波，知道光也是一種概率波(難點)

利用金屬晶格(大小約10－10m)作為障礙物觀察電子的衍射圖樣，方法是讓電子通過電場加速后，讓電子束照射到金屬晶格上，從而得到電子的衍射圖樣

知識點一光的波粒二象性1．光的干涉和衍射實驗表明，光是一種電磁波，具有波動性；光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)則表明，光在與物體相互作用時，是以一個個光子的形式出現(xiàn)的，具有粒子性．2．雙縫干涉實驗中每次穿過雙縫的只有一個光子，它不可能跟其他光子產(chǎn)生干涉．但光的干涉還是發(fā)生了．可見，波動性是每一個光子的屬性．光既有粒子性，又有波動性，單獨使用波或粒子都無法完整地描述光的所有性質(zhì)．這種性質(zhì)叫作光的波粒二象性．知識點二概率波在光的雙縫干涉實驗中，亮紋地方光子落下的概率大，暗紋地方光子落下的概率?。缮鏃l紋是光子在感光片上各點的概率分布的反映．這種概率分布就好像波干涉時強度的分布．從這個意義上講，有人把對光的描述說成是概率波．1．關(guān)于光的本性，下列說法正確的是(

)A．關(guān)于光的本性，牛頓提出“微粒說”，惠更斯提出“波動說”，愛因斯坦提出“光子說”，這些理論都說明了光的本性B．光具有波粒二象性是指，既可以把光看成宏觀概念上的波，也可以看成微觀概念上的粒子C．光的干涉、衍射現(xiàn)象說明光具有波動性，光電效應(yīng)說明光具有粒子性D．光的波粒二象性將牛頓的“微粒說”和惠更斯的“波動說”真正有機地統(tǒng)一起來解析：光的波動性指大量光子在空間各點出現(xiàn)的可能性的大小可以用波動規(guī)律來描述，不是惠更斯的“波動說”中宏觀意義下的機械波．光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一個光子，不是牛頓“微粒說”中的經(jīng)典微粒．某現(xiàn)象說明光具有波動性，是指波動理論能解釋這一現(xiàn)象；某現(xiàn)象說明光具有粒子性，是指能用粒子說解釋這一現(xiàn)象．綜上，選項C正確．答案：C2．在做雙縫干涉實驗時，發(fā)現(xiàn)100個光子中有96個通過雙縫后打到了觀察屏上的b處，則b處可能是(

)A．亮紋B．暗紋C．既有可能是亮紋也有可能是暗紋D．以上各種情況均有可能解析：光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動的規(guī)律確定，由于大部分光子都落在b點，故b處一定是亮紋，選項A正確．答案：A探究一對光的波粒二象性的理解1．對光的本性認(rèn)識史．人類對光的認(rèn)識經(jīng)歷了漫長的歷程，從牛頓的光的“微粒說”到托馬斯·楊和菲涅耳的“波動說”，從麥克斯韋的光的“電磁說”到愛因斯坦的“光子說”．直到20世紀(jì)初，對于光的本性的認(rèn)識才提升到一個更高層次，即光具有波粒二象性．對于光的本性認(rèn)識史，列表如下：學(xué)說名稱微粒說波動說電磁說光子說波粒二象性內(nèi)容要點光是一群彈性粒子光是一種機械波光是一種電磁波光是由一份一份光子組成的光是具有電磁本性的物質(zhì)，既有波動性又有粒子性理論領(lǐng)域宏觀世界宏觀世界微觀世界微觀世界微觀世界2.對光的波粒二象性的理解．項目實驗基礎(chǔ)表現(xiàn)說明光的波動性干涉和衍射(1)光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大小可用波動規(guī)律來描述.(2)足夠能量的光在傳播時，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，這種作用是“一份一份”進(jìn)行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì).(2)少量或個別光子容易顯示出光的粒子性(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?特別提醒

大量光子表現(xiàn)出波動性，個別光子表現(xiàn)出粒子性，光具有波粒二象性．【典例1】

(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，個別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性B．光在傳播時是波，而與物質(zhì)相互作用時就轉(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，有時它的波動性顯著，有時它的粒子性顯著解析：波粒二象性是光的根本屬性，光在傳播時波動性顯著，光與物質(zhì)相互作用時粒子性顯著，頻率高的光粒子性顯著，頻率低的光波動性顯著，A、D正確，B、C錯誤．答案：AD解答此類問題時應(yīng)把握以下三點(1)光具有波粒二象性，光與實物粒子有區(qū)別．(2)光的波長越長波動性越強，波長越短粒子性越顯著．(3)個別光子易顯示粒子性，大量光子易顯示波動性.1．(多選)下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中，正確的是(

)A．有的光是波，有的光是粒子B．光子與電子是同樣的一種粒子C．光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著D．康普頓效應(yīng)表明光具有粒子性解析：一切光都具有波粒二象性，光的有些行為(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動性，光的有些行為(如光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性，所以，不能說有的光是波，有的光是粒子；雖然光子與電子都是微觀粒子，都具有波粒二象性，但電子是實物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實物粒子，沒有靜止質(zhì)量，電子是以實物形式存在的物質(zhì)，光子是以場形式存在的物質(zhì)，所以，不能說光子與電子是同樣的一種粒子；光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著，光的波長越短，粒子性就越顯著．故選項C、D正確，A、B錯誤．答案：CD探究二對概率波的認(rèn)識與理解1．1926年，德國物理學(xué)家玻恩提出了概率波，認(rèn)為個別微觀粒子在何處出現(xiàn)有一定的偶然性，但是大量粒子在空間何處出現(xiàn)的空間分布卻服從一定的統(tǒng)計規(guī)律．2．光子的行為服從統(tǒng)計規(guī)律．干涉加強處表示光子到達(dá)的數(shù)目多，從統(tǒng)計的觀點來看，就是光子在該處出現(xiàn)的概率大；干涉減弱處表示光子到達(dá)的數(shù)目少，也就是光子在該處出現(xiàn)的概率?。@種概率的分布服從波動規(guī)律，因此，我們把光波叫作概率波．?特別提醒

(1)在光的干涉和衍射現(xiàn)象中，我們不能確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確定，且光子在空間出現(xiàn)的概率受波動規(guī)律的支配．(2)在雙縫干涉和單縫衍射的暗條紋處也有光子到達(dá)，只是光子數(shù)量“特別少”，很難呈現(xiàn)出亮度．(3)要理解統(tǒng)計規(guī)律，對統(tǒng)計規(guī)律的認(rèn)識是理解概率波的前提．【典例2】

(多選)在單縫衍射實驗中，中央亮紋的光強占從單縫射入的整個光強的95%以上，假設(shè)現(xiàn)在只讓一個光子通過單縫，那么該光子(

)A．一定落在中央亮紋處B．一定落在亮紋處C．可能落在暗紋處D．落在中央亮紋處的可能性最大解析：根據(jù)光的概率波的概念，對于一個光子通過單縫落在何處，是不可確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處，可達(dá)95%以上．當(dāng)然也可落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，不過，落在暗紋處的概率很小，故選項C、D正確．答案：CD(1)單個粒子運動的偶然性：我們可以知道粒子落在某點的概率，但不能預(yù)言粒子落在什么位置，即粒子到達(dá)什么位置是隨機的，是預(yù)先不能確定的．(2)大量粒子運動的必然性：由波動規(guī)律我們可以準(zhǔn)確地知道大量粒子運動時的統(tǒng)計規(guī)律，因此我們可以對宏觀現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)言．2．一個電子被加速后，以極高的速度在空間運動，關(guān)于它的運動，下列說法中正確的是(

)A．電子在空間做勻速直線運動B．電子上下左右顫動著前進(jìn)C．電子運動軌跡是正弦曲線D．無法預(yù)言它的路徑解析：根據(jù)概率波的知識可知，某個電子在空間中運動的路徑我們無法確定，只能根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律確定大量電子的運動區(qū)域．故選項D正確．答案：D3．(多選)在做雙縫干涉實驗中，在觀察屏的某處是亮紋，則對光子到達(dá)觀察屏的位置，下列說法