第三节 光的波粒二象性（教学课件）物理粤教版选择性必修第三册

第三节 光的波粒二象性 粤教版（2019）高中物理选择性必修第三册 第四章 波粒二象性 @HY 光的本性之争 光波粒二象性 康普顿效应 光的本性之争 光波粒二象性 康普顿效应 1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的实验时，发现散射线中除有与入射线波长相同的射线外，还有比入射线波长更长的射线，其波长的改变量与散射角有关，而与入射线波长 和散射物质都无关。 康普顿效应——波长改变的散射 康普顿效应 光的本性之争 光波粒二象性 康普顿效应 康普顿散射实验的意义 （1）有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设； （2）首次在实验上证实了“光子具有动量” 的假设； （3）证实了在微观世界的单个碰撞事件中， 动量和能量守恒定律仍然是成立的。 光的本性之争 光波粒二象性 康普顿效应 17世纪明确形成了两大对立学说 牛顿 惠更斯 微粒说 波动说 由于波动说没有数学基础以及牛顿在物理学界的崇高地位，得微粒说一直占上风 19世纪初证明了波动说的正确性 光的本性之争 光波粒二象性 康普顿效应 光的性质不同侧面 波动性：突出表现在传播过程中（干涉与衍射） 粒子性：突出表现在与物质相互作用中（光电效应、康普顿效应、黑体辐射） 单纯用 波动 粒子 模型均不能完整地描述光的性质 光的本性之争 光波粒二象性 康普顿效应 实验现象： 产生干涉，在感光片上形成明暗相间的干涉条纹。 实验结论： 说明光具有波动性。 实验一：点光源S发出的光经双缝S1和S2后到达感光片D。 光的本性之争 光波粒二象性 康普顿效应 实验二：将光源S的强度降低，直到入射光减弱到每次只有一个光子经过夹缝。 （1）记录一段时间： 感光片上呈现杂乱分布的几个亮点； （2）记录时间加长： 亮点在感光片上形成模糊的条纹，光子主要落在感光片的亮纹处，这就是干涉条纹； （3）记录时间越长：干涉条纹越明显。 实验结论：光具有粒子性 实验结论：光具有波动性。 光的本性之争 光波粒二象性 康普顿效应 2．光的波粒二象性 (1)波粒二象性：光既具有 性，又具有 性，人们把这种性质称为光的波粒二象性。 (2)概率波：在光的干涉、衍射实验中，每个光子按照一定的概率落在感光片上，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 。所以条纹是光子落在感光片上各点的 分布的反映，物理学中把光波看成是一种概率波。 波动 粒子 亮纹 暗纹 概率 练习1：在学完“光的波粒二象性”内容后，小李同学说：“大量光子的行为表现为波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性。当光表现为波动性时，就不具有粒子性了；而光表现出粒子性时，就不在具有波动性了。”他的观点正确吗？为什么？ 观点错误 光的干涉和衍射实验表明光是一种电磁波，具有波动性，光电效应则表明光具有粒子性，在某种情况下，光表现为波动性，并不代表其不具备粒子性。光的波粒二象性表明，无论在何种情况下，光同时具有波动性和粒子性。 课堂练习 练习2：小玲同学认为，光波和声波都具有波动性，只不过光波的频率高，波长较短。对此，你认同她的观点吗？为什么？ 不认同 光是电磁波，声波是机械波，它们的本质是不同的。声波有振幅、频率，频率较低，波长较长。光波不是机械波，具有波粒二象性，是一种能量，发射光波需要电磁性质的能量释放过程，而发射声波只需要振动的物体带动空气振动即可。 课堂练习 √ 1．下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是(　　) A．一束传播的光，有的光是波，有的光是粒子 B．光波与机械波是同样的一种波 C．光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的 D．光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子能量ε＝hν中，频率ν仍表示的是波的特性 课堂练习 √ 2．人们对“光的本性”的认识，经历了漫长的发展过程．下列符合物理学史实的是(　　) A．牛顿提出光是一种高速粒子流，并能解释一切光的现象 B．惠更斯认为光是机械波，并能解释一切光的现象 C．为了解释光电效应，爱因斯坦提出了光子说 D．为了说明光的本性，麦克斯韦提出了光的波粒二象性 课堂练习 √ 3．(多选)对光的认识，下列说法正确的是(　　) A．个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性 B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的 C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了 D．光的波粒二象性应理解为：在某些场合下光的波动性表现明显，在某些场合下光的粒子性表现明显 √ √ 课堂练习 Lavf58.20.100 $$