高中物理 第2章 波和粒子 2.3 光是波还是粒子学案 沪科版选修3-5.doc

2.3光是波还是粒子学习目标重点难点1知道经典粒子和波的模型。2记住光的波粒二象性，知道光是一种概率波。3会解释光的双缝干涉实验。重点：光的波粒二象性。难点：用概率波解释光的波动性。一、光的波粒二象性1光的本性（1）大量光子产生的效果显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性。（2）光既有波动性，又具有粒子性，所以光具有波粒二象性。2光子的能量和动量光子的能量公式是eh，光子的动量公式是ph。预习交流1光的波动性和粒子性与宏观世界的波和粒子相同吗？答案：不同。在宏观世界里，波是波，粒子是粒子，波和粒子是相互独立的。在微观世界里波和粒子是统一的，单个光子粒子性明显，大量光子波动性明显。二、再探光的双缝干涉实验1双缝干涉实验现象：曝光时间很短时，胶片上出现随机分布的光点；曝光时间较长时，胶片上出现干涉图样，曝光时间越长，图样越清晰。2光子出现在明条纹处的概率大于出现在暗条纹处的概率，用光子在空间出现的概率解释光的干涉图样，即认为光是一种概率波。预习交流2水波、绳波等机械波是概率波吗？答案：不是。机械波是机械振动在介质中传播，遵循着质点的振动规律和波动规律，任意时刻都有确定的位置、速度和轨道，所以机械波不是概率波。一、探究光的波粒二象性有记者曾经问诺贝尔物理学奖获得者布拉格教授：光是波还是粒子？布拉格幽默地答道：“星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休息”。如果你是布拉格，将怎样回答？答案：光既是波，也是粒子，它具有波粒二象性。关于光的波粒二象性，下列说法中正确的是（）。a光的频率越高，衍射现象越容易看到b光的频率越高，粒子性越显著c大量光子产生的效果往往显示波动性d光的波粒二象性否定了光的电磁说答案：bc解析：光具有波粒二象性，波粒二象性并不否定光的电磁说，只是说某些情况下粒子性明显，某些情况下波动性明显，故d错误。光的频率越高，波长越短，粒子性越明显，波动性越不明显，越不易看到其衍射现象，故b对，a错误。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，故c对。利用光的波粒二象性解题的技巧利用光的波粒二象性求解有关问题，要正确理解波粒二象性，粒子性的一面表现在光子具有能量eh，动量p，以及和其他物质作用时，显示光的粒子性的一面。波动性的一面表现在光传播时，频率越低、波长越长的光，波动性越显著，光的粒子性和波动性组成一个有机的整体，相互间并不独立存在。在宏观现象中，波与粒子是对立的概念，而在微观世界中波与粒子可以统一。由于我们的经验局限于宏观物体的运动，微观世界的某些属性与宏观世界不同，我们从来没有过类似的经历。光既不是宏观概念的波，也不同于宏观概念的粒子。二、对概率波的理解下面的图（a）、图（b）、图（c）、图（d）分别是28个光子、1 000个光子、10 000个光子和几百万个光子通过双缝时的照片，请你根据照片，说说自己对光子波动性的理解。答案：少数光子的落点是随机的、不确定的，大量光子的落点是有规律的，受波动规律制约。物理学家做了一个有趣的实验：在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光波的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点子；如果曝光时间足够长，底片上就出现了规则的干涉条纹。对这个实验结果，下列认识正确的是（）。a曝光时间不长时，光子的能量太小，底片上的条纹看不清楚，故出现不规则的点子b单个光子的运动没有确定的轨道c干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方d只有大量光子的行为才能表现出波动性答案：bcd解析：曝光时间不长时，个别光子表现出粒子性，使底片上出现了不规则的点子，而曝光时间足够长时，大量光子的行为表现出波动性，底片上出现了规则的干涉条纹。综上所述b、c、d项正确。1光子的行为服从统计规律。干涉加强处表示光子到达的数目多，也就是光子在该处出现的概率大；干涉减弱处表示光子到达的数目少，也就是光子在该处出现的概率小。2在双缝干涉实验中，即使光很弱，弱到光子一个一个地射向胶片（这时排除了光子间有相互作用），在照射时间足够长时，底片上最终还是形成了干涉图样，说明波动性是单个光子的固有属性。1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答案：ad解析：根据光的波粒二象性知，a、d正确，b、c错误。2关于光的本质，下列说法正确的是（）。a光是横波b光是纵波c光是概率波 d以上均正确答案：c解析：根据光具有波粒二象性的规律分析得，光是一种概率波，故选项c正确。3在做双缝干涉实验时，发现100个光子中有96个通过双缝后打到了观察屏上的b处，则b处一定是（）。a亮纹b暗纹c既有可能是亮纹也有可能是暗纹d以上各种情况均有可能答案：a解析：光子按波的概率分布的特点去判断，由于大部分光子都落在b点，故b处一定是亮纹，选项a正确。4光通过各种不同的障碍物后会产生各种不同的衍射条纹，衍射条纹的图样与障碍物的形状相对应，这一现象说明（）。a光是电磁波 b光具有波动性c光可以携带信息 d光具有波粒二象性答案：bc解析：光能发生衍射现象，说明光有波动性，b正确。衍射图样与障碍物的形状对应，说明了衍射图样中包含了障碍物等物体的信息，c正确。光是电磁波，光也具有波粒二象性，但在这个现象中没有得到反映，a、d不正确。5如图所示，弧光灯发出的光经一狭缝后，在锌板上形成亮暗相间的条纹，与锌板相连的验电器的铝箔有张角，则该实验不能证明（）。a光具有波动性 b光能发