高中物理教科版选修3543光的波粒二象性学案

3 光的波粒二象性一、康普顿效应光的散射种现象叫做光的散射．康普顿效应X射线的散射时，觉察在散射的X射线中，除了与入射波长λ0一样的成格外，还有波长大于λ0的成分，这个现象称为康普顿效应．康普顿效应的意义了光的粒子性的一面．光子的动量h.表达式：p＝λ说明：在康普顿效应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把长变大．二、光的波粒二象性1．光的波粒二象性效应说明光具有粒子性．能量ε＝hν h.p＝λ光子既有粒子的特征，又有波的特征；即光具有波粒二象性．2．对光的波粒二象性的理解示出粒子性．光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是描述波动性特征的物理量，因此ε＝hν提醒了光的粒子性和波动性之间的亲热联系．的光，粒子性特征显著．粒子性．光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体．三、光是一种概率波波在某处的强度代表着光子在该处消灭概率的大小．出说明．用不同曝光量洗印的照片提示：光是一种概率波，在照片的有些地方光子消灭的概率大，的是一些随机分布的光点，随着曝光量的增大，图像渐渐清楚起来．考点一 对康普顿效应的理解X射线光子与电子发生弹性碰撞，这种碰撞跟台球竞赛中X射线光子不仅具有能量E＝hν，而且还有动量．如下图．这个光子与静止的电子发生弹性斜碰，光子把局部能量转移给了电子，能量由hν减小为量．这样就圆满地解释了康普顿效应．【例1】康普顿效应证明白光子不仅具有能量，也有动量．如图给出了光子与静止电子碰撞后电子的运动方向则碰后光子可能沿方向 运动，并且波长 (填“不变”“变短”或“变长”)．依据碰撞过程中动量、能量均守恒以及动量是矢量分析此题．【解析】1方向运动，不行能沿23方向；通过碰撞，光子将一局部E＝hν知，频率变小，再依据c＝λν知，波长变长．【答案】1 变长总结提能①宏观世界中物体间的相互作用过程中所遵循的规光的粒子性，也再次证明白爱因斯坦光子说的正确性．法中正确的选项是(D)A．能量守恒，动量守恒，且碰撞后光子的波长变短B．能量不守恒，动量不守恒，且碰撞后光子的波长变短守恒，且碰撞后光子的波长变长D．能量守恒，动量守恒，且碰撞后光子的波长变长解析：不管碰撞前后光子和电子的运动方向是否在一条直线上，能量和动量均守恒；由于碰撞过程中光子的一局部能量转移给了电子，由E＝hν可知，光子的能量E变小使得频率ν变小，由λ＝c知νλ变长．考点二 光的波粒二象性示出粒子性．光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量．和其(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波．频率低、波长长的光，波动性特征显著，而频率高、波长短的光，粒子性特征显著．征的物理量，因此ε＝hν提醒了光的粒子性和波动性之间的亲热联系．【例2】以下有关光的波粒二象性的说法中，正确的选项是( )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．光具有波粒二象性是指光在传播过程中和其他物质作用时分别表现出波和粒子的特性．【解析】一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干预、衍射)(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C正确，A、B、D错误．【答案】C(多项选择)人类对光的本性的生疏经受了曲折的过程．以下关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是( BCD )B．光的双缝干预试验显示了光具有波动性C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波D．光具有波粒二象性牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，明显选项A错误；干预、衍射是波的特性，光能发生干预说明光具有波动性，选项B正光的电磁说，选项C正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，选项D正确．考点三 对概率波的理解单个粒子运动的偶然性置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不确定的．大量粒子运动的必定性因此我们可以对宏观现象进展预言．概率波表达了波粒二象性的和谐统一以说，概率波将波动性和粒子性统一在一起．3】(多项选择)物理学家做了一个好玩的试验：在双缝干预试验条纹，对这个试验结果有以下生疏，其中正确的选项是()，故消灭不规章的点子单个光子的运动没有确定的轨道D．只有大量光子的行为才能表现出波动性必定性．【解析】D子到达时机少的地方，但也有光子到达，故C正确．应选BCD.【答案】BCD总结提能物质波是一种概率波，但不能将实物粒子的波动性等位置是不确定的，大量光子遵循波动规律．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( CD )A．肯定落在中心亮纹处B．肯定落在亮纹处C．可能落在暗纹处是不行确定的，但概率最大的是落在中心亮纹处，可达95%以上，固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．关于光的波粒二象性，以下说法中不正确的选项是( C )，有时表现为粒子性B．光波频率越高，粒子性越明显C．能量较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解析：光的波粒二象性是指光波同时具有波和粒子的双重性质，但有时表现为波动性，有时表现为粒子性，选项A正确；在光的波粒二象性中，频率越大的光，光子的能量越大，粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，选项B正确，C错误；光既具有粒子性，显，选项D正确．有关光的本性，以下说法正确的选项是( D )A．光既具有波动性，又具有粒子性，这是相互冲突和对立的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，人们成功地在试验中观看到了光的干预、衍19世纪末又觉察了光的现象——不能解释，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机械粒子．波动性和粒子性是光在不同的状况下的不同表现，是同一物体的两个不同侧面，不同属性，我们无法用其中的一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性，选项D正确．光电效应和康普顿效应都包含有电子与光子的相互作用过程，对此以下说法正确的选项是( D )两种效应中电子与光子组成的系统都听从动量守恒定律和能量守恒定律两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程C．两种效应都属于吸取光子的过程D．光电效应是吸取光子的过程，而康普顿效应相当于光子和电子弹性碰撞的过程守恒定律和能量守恒定律，两种效应都说明光具有粒子性，故D正确．以下说法正确的选项是( B A．概率波就是机械波B．物质波是一种概率波D．在光的双缝干预试验中，假设有一个光子，则能确定这个光子落在哪个点上AC错误；物质波是一种概率波，符合概率波的特点；在光的双缝干预试验中，假设有一个光子，则不能确定这个光子落在哪个点上，选项D错误，B正确．5．(多项选择)利用金属晶格(大小约10－10m)作为障碍物观看电子的m，电荷量为e，初速度为0，加速电压为U，普朗克常量为h，则以下说法中正确的选项是(AB)h2meUA．该试验说明白电子具有波动性B．试验中电子束的德布罗意波的波长为h2meUCU越大，电子的衍射