高中物理 4.3 光的波粒二象性课件 教科版选修35 .ppt

第四章波粒二象性 4 3光的波粒二象性 1 了解康普顿效应及其意义 了解光子理论对康普顿效应的解释 2 知道光的波粒二象性 知道波和粒子的对立统一的关系 3 了解什么是概率波 知道光也是一种概率波 学习目标定位 学习探究区 一 对康普顿效应的理解 二 对光的波粒二象性的理解 三 对光是概率波的理解 一 对康普顿效应的理解 要点提炼 康普顿效应不仅有力地验证了光子理论 而且也证实了微观领域的现象 也严格遵循能量守恒和守恒定律 康普顿效应深刻揭示出光具有性的一面 动量 粒子 例1康普顿效应证实了光子不仅具有能量 也有动量 图1给出了光子与静止电子碰撞后 电子的运动方向 则碰撞后光子可能沿方向 运动 并且波长 填 不变 变短 或 变长 图1 解析因光子与电子的碰撞过程动量守恒 所以碰撞后光子和电子的总动量的方向与光子碰撞前动量的方向一致 可见碰撞后光子运动的方向可能沿1方向 不可能沿2或3方向 通过碰撞 光子将一部分能量转移给电子 光子的能量减少 由 h 知 频率变小 再根据c 知 波长变长 答案1变长 返回 问题设计 二 对光的波粒二象性的理解 联系回顾光的波动理论的发展过程 结合现学知识说明 哪些现象说明光具有波动性 哪些现象说明光具有粒子性 人们对光的本性的认识发展史经过哪几个阶段 答案光电效应和康普顿效应说明光具有波动性 光的干涉和衍射现象说明光具有粒子性 对光的本性的认识发展史 要点提炼 1 对光的波粒二象性的理解 光的波粒二象性 粒子性 实验依据 光电效应康普顿效应 表现 个别光子表现出粒子性相互作用时表现出粒子性高频光粒子性显著 光的波粒二象性 波动性 实验依据 干涉衍射 表现 大量光子表现出波动性光在传播时表现出波动性低频光波动性显著 2 光子的能量e h 和动量p 普朗克常量h把描述粒子性的和 与描述波动性的 紧密地联系在一起 生动地说明光具有波粒二象性 能量e 动量p 频率 波长 例2有关光的本性 下列说法正确的是 a 光既具有波动性 又具有粒子性 这是互相矛盾和对立的b 光的波动性类似于机械波 光的粒子性类似于质点c 大量光子才具有波动性 个别光子只具有粒子性d 由于光既具有波动性 又具有粒子性 无法只用其中一种去说明光的一切行为 只能认为光具有波粒二象性 解析19世纪初 人们成功地在实验中观察到了光的干涉 衍射现象 这属于波的特征 微粒说无法解释 但到了19世纪末又发现了光的新现象 光电效应 这种现象波动说不能解释 证实光具有粒子性 因此 光既具有波动性 又具有粒子性 但不同于宏观的机械波和质点 波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现 是同一客观事物的两个不同侧面 不同属性 我们无法用其中一种去说明光的一切行为 只能认为光具有波粒二象性 故选项d正确 答案d 返回 问题设计 三 对光是概率波的理解 双缝干涉实验中 如图2甲所示 在光屏处放置照相底片 并设法减弱光的强度 使光子只能是一个一个地通过狭缝 图2 如图乙所示 曝光时间短时 可看到底片上出现一些不规则分布的亮点 如图丙所示 延长曝光时间底片上出现的亮点更多了 曝光时间足够长 有大量光子通过狭缝 底片上出现了规则的干涉条纹 如图丁所示 如何解释曝光时间较短时的亮点和曝光时间较长时的干涉图样呢 答案底片上的亮点表明 光表现出粒子性 也看到光子的运动与宏观现象中质点的运动不同 没有一定的轨道 丙和丁图样说明 光的波动性是大量光子表现出来的现象 在干涉条纹中 那些光波强的地方是光子到达机会多的地方或是到达几率大的地方 光波弱的地方是光子到达机会少的地方 光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定 所以光是一种概率波 要点提炼 1 单个粒子运动的偶然性 我们可以知道粒子落在某点的概率 但不能预言粒子落在什么位置 即粒子到达什么位置是随机的 是预先不能确定的 2 大量粒子运动的统计规律 光在传播过程中 光子在空间出现的可以通过波动规律确定 所以光是一种波 概率 概率 例3在单缝衍射实验中 中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的95 以上 假设现在只让一个光子通过单缝 那么该光子 a 一定落在中央亮纹处b 一定落在亮纹处c 可能落在暗纹处d 落在中央亮纹处的可能性最大 解析根据光波是概率波的概念 对于一个光子通过单缝落在何处 是不确定的 但概率最大的是落在中央亮纹处 当然也可落在其他亮纹处 还可能落在暗纹处 不过 落在暗纹处的概率很小 故c d选项正确 答案cd 返回 课堂要点小结 光的波粒二象性 返回 自我检测区 1 2 3 4 1 2 3 4 1 一个沿着一定方向运动的光子和一个原来静止的自由电子相互碰撞 碰撞之后电子向某一方向运动 而光子沿着另一方向散射出去 则这个散射光子跟原来入射时相比 a 散射光子的能量减少b 光子的能量增加 频率也增大c 速度减小d 波长减小 1 2 3 4 解析由于光子既具有能量 也具有动量 因此在碰撞过程中遵循能量守恒定律 所以光子能量减少 频率减小 波长增大 答案a 1 2 3 4 2 下列实验中 能证实光具有粒子性的是 a 光电效应实验b 光的双缝干涉实验c 光的圆孔衍射实验d 泊松亮斑实验 解析光的双缝干涉 圆孔衍射 泊松亮斑实验都说明光具有波动性 a 1 2 3 4 3 下列现象中说明光具有波动性的是 a 光的直线传播b 光的衍射c 光的干涉d 光电效应 bc 1 2 3 4 4 在双缝干涉实验中 若在光屏处放上照相底片 并使光子流减弱到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 底片上出现 如果曝光时间足够长 底片上出现 解析在双缝干涉实验中 如果能使光子一个一个地通过狭缝 则曝光时间短时 底片上只出现一些不规则分布的点 不形成干涉特有的明暗相间的条纹 表 1 2 3 4 现出光的粒子性 点的分布看似不规则 但点在底片上各处出现的概率却遵从双