教科版选修35光的波粒二象性 实物粒子的波粒二象性 课件（35张）.ppt

第3节光的波粒二象性第4节实物粒子的波粒二象性 1 了解康普顿效应及其解释 2 知道光的波粒二象性及其本质 3 知道概率波 一 康普顿效应及其解释 康普顿效应 1 光的散射 光在介质中与物体微粒的相互作用 使光的传播方向的光现象 2 康普顿效应 在光的散射中 部分散射光的波长 波长的改变与散射角有关 3 光子的能量为e 光子的动量为p 被散射 变长 h 康普顿对散射光波长变化的解释 1 散射光波长的变化 是入射光子与物质中的发生碰撞的结果 2 物质中电子的动能比小很多 电子可以看做是静止的 3 光子与电子作用过程中 总能量 总动量均 4 光子因与电子相碰 有一部分能量和动量给了电子 光子的能量和动量均了 这样 散射光的也就变长了 康普顿效应的意义 康普顿效应表明光子除了具有能量之外 还具有动量 深入揭示了光的性的一面 电子 入射光子的能量 守恒 减小 波长 粒子 二 光的波粒二象性 光的波粒二象性的本质 1 双缝干涉实验装置如图2 3 4 1所示 图2 3 4 1 2 实验要求 降低光源s的强度 直到入射光减弱到没有两个光子同时存在的程度 3 实验结果 短时间 感光片上呈现杂乱分布的 较长时间 感光片上呈现模糊的 长时间 感光片上形成清晰的 4 实验结论 光既有波动性 又有粒子性 光具有波粒二象性 亮点 亮纹 干涉图样 概率波 1 对干涉实验中明暗条纹的解释每个光子按照一定的概率落在感光片的某一点 概率大的地方落下的光子多 形成 概率小的地方落下的光子少 形成 2 光波是一种 干涉条纹是光子在感光片上各点概率分布的反映 亮纹 暗纹 概率波 一 康普顿效应 实验结果1918年 1922年 美国物理学家康普顿在研究石墨对x射线的散射时 发现散射的x射线中 除有与入射线波长相同的射线外 还有波长比入射线波长更长的射线 人们把这种波长变化的现象叫做康普顿效应 光子说对康普顿效应的解释假定x射线光子与电子发生空气弹性碰撞 这种碰撞跟台球比赛中的两球碰撞很相似 按照爱因斯坦的光子说 一个x射线光子不仅具有能量e h 而且还有动量 如图2 3 4 2所示 这个光子与静止的电子发生弹性斜碰 光子把部分能量转移给了电子 能量由h 减小为h 因此频率减小 波长增大 同时 光子还使电子获得一定的动量 这样就圆满地解释了康普顿效应 图2 3 4 2 二 对光的波粒二象性的理解 三 对概率波的理解 正确理解光的波动性光的干涉现象不是光子之间的相互作用使它表现出波动性的 在双缝干涉实验中 使光源s非常弱 以致前一个光子到达屏后才发射第二个光子 这样就排除了光子之间的相互作用的可能性 实验结果表明 尽管单个光子的落点不可预知 但长时间曝光之后仍然得到了干涉条纹分布 可见 光的波动性不是光子之间的相互作用引起的 光波是一种概率波在双缝干涉实验中 光子通过双缝后 对某一个光子而言 不能肯定它落在哪一点 但屏上各处明暗条纹的不同亮度 说明光子落在各处的可能性即概率是不相同的 光子落在明条纹处的概率大 落在暗条纹处的概率小 这就是说光子在空间出现的概率可以通过波动的规律来确定 因此说光是一种概率波 其他微观粒子的概率波对于电子 实物粒子等其他微观粒子 同样具有波粒二象性 所以与它们相联系的物质波也是概率波 也就是说 单个粒子位置是不确定的 具有偶然性 大量粒子运动具有必然性 遵循统计规律 概率波将波动性和粒子性统一在一起 典例1 白天的天空各处都是亮的 是大气分子对太阳光散射的结果 美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖 假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后 电子向某一个方向运动 光子沿另一方向散射出去 则这个散射光子跟原来的光子相比 a 频率变大b 速度变小c 光子能量变大d 波长变长 康普顿效应 答案d 变式1 在康普顿效应中 光子与电子发生碰撞后 关于散射光子的波长 下列说法正确的是 a 一定变长b 一定变短c 可能变长 也可能变短d 决定于电子的运动状态解析因为光子入射的能量很大 比电子的能量要大得多 碰撞时 动量和能量都守恒 碰后一定是电子的动能增加 光子的能量减少 所以散射光子的波长一定变长 选项a正确 答案a 典例2 下列有关光的波粒二象性的说法中 正确的是 a 有的光是波 有的光是粒子b 光子与电子是同样的一种粒子c 光的波长越长 其波动性越显著 波长越短 其粒子性越显著d 大量光子的行为往往显示出粒子性 对光的波粒二象性的理解 解析一切光都具有波粒二象性 光的有些行为 如干涉 衍射 表现出波动性 光的有些行为 如光电效应 表现出粒子性 所以 不能说有的光是波 有的光是粒子 虽然光子与电子都是微观粒子 都具有波粒二象性 但电子是实物粒子 有静止质量 光子不是实物粒子 没有静止质量 电子是以实物形式存在的物质 光子是以场形式存在的物质 所以 不能说光子与电子是同样的一种粒子 光的波粒二象性的理论和实验表明 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 光的波长越长 衍射性越好 即波动性越显著 光的波长越短 其光子能量越大 个别或少数光子的作用就足以引起光接收装置的反应 所以其粒子性就很显著 综上所述 本题正确答案为选项c 答案c借题发挥解答此类问题关键要理解光具有波粒二象性及掌握有关光的波动性 粒子性的一些常见现象 变式2 关于光的波粒二象性 下列说法中不正确的是 a 波粒二象性指光有时表现为波动性 有时表现为粒子性b 光波频率越高 粒子性越明显c 能量越大的光子其波动性越显著d 个别光子易表现出粒子性 大量光子易表现出波动性e 光的波粒二象性应理解为 在某种场合下光的粒子性表现明显 在另外某种场合下光的波动性表现明显 解析光的波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显 有时候表现出的波动性较明显 或者说在某种场合下光的粒子性表现明显 在另外某种场合下光的波动性表现明显 个别光子易表现出粒子性 大量光子易表现出波动性 a d e说法正确 光的频率越高 能量越大 粒子性相对波动性越明显 b说法正确 c说法错误 答案c 典例3 物理学家做了一个有趣的双缝干涉实验 在光屏处放上照相用的底片 若减弱光的强度 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 底片上只能出现一些不规则的点子 如果曝光时间足够长 底片上就会出现规则的干涉条纹 对这个实验结果有下列认识 其中正确的是 对概率波的理解 a 曝光时间不太长时 底片上只能出现一些不规则的点子 表现出光的波动性b 单个光子通过双缝后的落点可以预测c 只有大量光子的行为才能表现出光的粒子性d 干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 解析曝光时间不太长时 底片上只能出现一些不规则的点子 表现出光的粒子性 选项a错误 单个光子通过双缝后的落点不可以预测 在某一位置出现的概率受波动规律支配 选项b错误 大量光子的行为才能表现出光的波动性 干涉条纹中明亮的部分是光子到达机会较多的地方 故选项c错误 d正确 答案d 借题发挥解答本类型题时应把握以下两点 1 光具有波粒二象性 光波是一种概率波 2 单个光子的落点位置是不确定的 大量光子运动时落点位置服从概率分布规律 变式3 下列说法正确的是 a 概率波就是机械波b 物质波是一种概率波c 概率波和机械波的本质是一样的 都能发生干涉和衍射现象d 在光的双缝干涉实验中 若只有一个光子 则能确定这个光子落在哪个点上 解析概率波与机械波是两个概念 本质不同 物质波是一种概率波 符合概率波的特点 光的双缝干涉实验中 若只有一个光子 这个光子的落点是不确定的 但有几率较大的位置 答案b 康普顿效应1 双选 关于康普顿效应 下列叙述中正确的是 a 光子有能量 但没有动量b 光子没有能量 但却有动量c 光子是光的能量的最小单位d 光子和电子相遇而碰撞时 若光子的能量部分转移给电子 则光子的波长要发生变化 解析光子有能量也有动量 光子是光的能量的最小单位 与其他粒子作用时 它的部分能量会转移给其他粒子而引起波长发生变化 答案cd 对光的波粒二象性的理解2 双选 关于光子和运动着的电子 下列论述正确的是 a 光子和电子一样都是实物粒子b 光子和电子都能发生衍射现象c 光子和电子都具有波粒二象性d 光子具有波粒二象性 而电子只具有粒子性 解析物质可分为两大类 一是质子 电子等实物 二是电场 磁场等 统称场 光是传播着的电磁场 根据物质波理论 一切运动的物体都具有波动性 故光子和电子都具有波粒二象性 综上所述 b c选项正确 答案bc 3 双选 从光的波粒二象性出发 下列说法正确的是 a 光是高速运动的微观粒子 每个光子都具有波粒二象性b 光的频率越高 光的能量越大c 在光的干涉中 暗条纹的地方是光子不会到达的地方d 在光的干涉中 亮条纹的地方是光子到达概率最大的地方 解析光具有波粒二象性 光的频率越