2.3 光是波还是粒子-【步步高】2019版学案导学与随堂笔记物理（沪科版选修3-5）

2.3　光是波还是粒子 [学习目标] 1.知道光的波粒二象性，理解其对立统一的关系.2.知道光是一种概率波，知道概率波的统计意义.3.会用光的波粒二象性分析有关问题． 一、光的波粒二象性 [导学探究]　人类对光的本性的认识的过程中先后进行了一系列实验，比如： 光的单缝衍射实验(图A) 光的双缝干涉实验(图B) 光电效应实验(图C) 光的薄膜干涉实验(图D) 康普顿效应实验等等． (1)在以上实验中哪些体现了光的波动性？哪些体现了光的粒子性？ (2)光的波动性和光的粒子性是否矛盾？ 　　 　　　 答案　(1)单缝衍射、双缝干涉、薄膜干涉体现了光的波动性．光电效应和康普顿效应体现了光的粒子性． (2)不矛盾．大量光子在传播过程中显示出波动性，比如干涉和衍射．当光与物质发生作用时，显示出粒子性，如光电效应、康普顿效应．光具有波粒二象性． [知识梳理] 1．人类对光的本性的研究 学说名称 微粒说 波动说 电磁说 光子说 波粒二象性 代表人物 牛顿 惠更斯 麦克斯韦[来源:学#科#网] 爱因斯坦 实验依据 光的直线传播、光的反射 光的干涉、衍射 能在真空中传播，是横波，光速等于电磁波的速度 光电效应、康普顿效应 光既有波动现象，又有粒子特征 内容要点 光是一群弹性粒子 光是一种机械波 光是一种电磁波 光是由一份一份光子组成的 光是一种概率波，既有波动性，又有粒子性 [来源:Z+xx+k.Com] 2．光的波粒二象性 (1) (2)光子的能量和动量 ①能量：E＝hν. ②动量：p＝. (3)意义：能量E和动量p是描述物质的粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量．因此E＝hν和p＝揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系． [即学即用]　判断下列说法的正误． (1)光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性．(　√　) (2)光子数量越大，其粒子性越明显．(　×　) (3)光具有粒子性，但光子又不同于宏观观念的粒子．(　√　) (4)光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子．(　×　) 二、再探光的双缝干涉实验 [导学探究]　用极微弱的可见光做双缝干涉实验，随着时间的增加，在屏上先后出现如图1甲、乙、丙所示的图像． 图1 (1)图像甲是曝光时间很短的情况，光点的分布有什么特点？说明了什么问题？ (2)图像乙是曝光时间稍长情况，当光子数较多时落在哪些区域的概率较大？可用什么规律来确定？ (3)图像丙是曝光时间足够长的情况，体现了光的什么性？怎样解释上述现象？ 答案　(1)当曝光时间很短时，屏上的光点是随机分布的，具有不确定性，说明了光具有粒子性． (2)落在某些条形区域的概率较大，这种概率可用波动规律来确定． (3)光的波动性．少量光子呈现粒子性，大量光子呈现波动性，而且光是一种概率波． [知识梳理] 光波是一种概率波：光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，而是光子自身固有的性质，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以，光波是一种概率波． [即学即用]　判断下列说法的正误． (1)光子通过狭缝后运动的轨迹是确定的．(　×　) (2)干涉条纹中，暗条纹是光子不能达到的地方．(　×　) (3)单个光子的运动具有偶然性，但光波强的地方是光子到达几率大的地方．(　√　) 一、光的波粒二象性的理解 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显示出粒子性． 2．光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量．和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用；在光的传播过程中，光子在空间各点出现的可能性的大小(概率)，由波动性起主导作用，因此称光波为概率波． 3．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． 4．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E＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系． 例1　下面关于光的波粒二象性的说法中，不正确的是(　　)[来源:Zxxk.Com] A．大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示出粒子性 B．频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著 C．光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性 D．光不可能同时具有波动性和粒子性 答案　D 解析　光既具有粒子性，又具有波动性，大量的光子波动性比较明显，个别光子粒子性比较明显，故A正确；在光的波粒二象性中，频率越大的光其粒子性越显著，频率越小的光其波动性越显著，故B正确；光在传播时往往表现出波动性，光在跟物质相互作用时往往表现出粒子性，故C正确；光的波粒二象性是指光即具有为波动性，又具有粒子性，二者是统一的，故D错误． 二、对概率波的理解 1．单个粒子运动的偶然性：我们可以