1、3光的波粒二象性目標(biāo)定位1.了解康普頓效應(yīng)及其意義，了解光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋.2.知道光的波粒二象性，知道波和粒子的對立統(tǒng)一的關(guān)系.3.了解什么是概率波，知道光也是一種概率波.1康普頓效應(yīng)(1)光的散射：光子在介質(zhì)中和物體微粒相互作用，使光的傳播方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象叫光的散射(2)康普頓效應(yīng)：X射線經(jīng)物質(zhì)散射后波長變長的現(xiàn)象2光的波粒二象性(1)光既具有波動性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性(2)光的波動性的證明：光能發(fā)生干涉、衍射和色散等波特有的現(xiàn)象(3)光的粒子性的證明：光在與其他物質(zhì)相互作用時，能量和動量是以一份一份的形式進行交換的光電效應(yīng)現(xiàn)象和康普頓效應(yīng)證明光具有粒子性3光子

2、的能量h，動量p，兩式左側(cè)的和p描述光的粒子性，右側(cè)的和描述光的波動性，兩式把粒子性和波動性緊密地聯(lián)系了起來4光是一種概率波在雙縫干涉實驗中，屏上亮紋的地方，是光子到達概率大的地方，暗紋的地方是光子到達概率小的地方所以光波是一種概率波，即光波在某處的強度代表著光子在該處出現(xiàn)概率的大小預(yù)習(xí)完成后，請把你疑惑的問題記錄在下面的表格中問題1問題2問題3一、對康普頓效應(yīng)的理解康普頓效應(yīng)不僅有力地驗證了光子理論，而且也證實了微觀領(lǐng)域的現(xiàn)象，也嚴(yán)格遵循能量守恒和動量守恒定律康普頓效應(yīng)深刻揭示出光具有粒子性的一面【例1】康普頓效應(yīng)證實了光子不僅具有能量，也有動量圖1給出了光子與靜止電子碰撞后，電子的運動方向

3、，則碰撞后光子可能沿方向_運動，并且波長_(填“不變”“變短”或“變長”)圖1答案1變長解析因光子與電子的碰撞過程動量守恒，所以碰撞后光子和電子的總動量的方向與光子碰撞前動量的方向一致，可見碰撞后光子運動的方向可能沿1方向，不可能沿2或3方向；通過碰撞，光子將一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，光子的能量減少，由h知，頻率變小，再根據(jù)c知，波長變長二、對光的波粒二象性的理解實驗基礎(chǔ)表現(xiàn)說明光的波動性干涉和衍射1.光是一種概率波，即光子在空間各點出現(xiàn)的可能性大小(概率)可用波動規(guī)律來描述2.足夠能量的光在傳播時，表現(xiàn)出波的性質(zhì).1.光的波動性是光子本身的一種屬性，不是光子之間相互作用產(chǎn)生的2.光的波動性不同于

4、宏觀觀念的波光的粒子性光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)當(dāng)光同物質(zhì)發(fā)生作用時，這種作用是“一份一份”進行的，表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)少量或個別光子清楚地顯示出光的粒子性粒子的含義是“不連續(xù)”、“一份一份”的光子不同于宏觀觀念的粒子波動性和粒子性的對立、統(tǒng)一大量光子易顯示波動性，而少量光子易顯示出粒子性波長長(頻率低)的光波動性強，而波長短(頻率高)的光粒子性強光子說并未否定波動性，Eh中，和就是波的概念波和粒子在宏觀世界是不能統(tǒng)一的，而在微觀世界卻是統(tǒng)一的【例2】(多選)關(guān)于光的波粒二象性的理解正確的是()A大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性B光在傳播時是波，而與物質(zhì)相互作用時就轉(zhuǎn)變成粒

5、子C高頻光是粒子，低頻光是波D波粒二象性是光的根本屬性，有時它的波動性顯著，有時它的粒子性顯著答案AD解析光的波粒二象性指光有時候表現(xiàn)出的粒子性較明顯，有時候表現(xiàn)出的波動性較明顯，D正確；大量光子的效果往往表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為往往表現(xiàn)出粒子性，A正確；光在傳播時波動性顯著，光與物質(zhì)相互作用時粒子性顯著，B錯誤；頻率高的光粒子性顯著，頻率低的光波動性顯著，C錯誤借題發(fā)揮解答此類問題的關(guān)鍵是要理解以下知識要點：(1)光是一種波，同時也是一種粒子，也就是說光具有波粒二象性；(2)光的波動性在光的傳播過程中體現(xiàn)出來，具有一定的波長和頻率，能夠發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象；(3)光的粒子性在它與物質(zhì)的相互

6、作用時體現(xiàn)出來，光子具有一定的能量(h)和動量.針對訓(xùn)練有關(guān)光的本性，下列說法正確的是()A光既具有波動性，又具有粒子性，這是互相矛盾和對立的B光的波動性類似于機械波，光的粒子性類似于質(zhì)點C大量光子才具有波動性，個別光子只具有粒子性D由于光既具有波動性，又具有粒子性，無法只用其中一種去說明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性答案D解析19世紀(jì)初，人們成功地在實驗中觀察到了光的干涉、衍射現(xiàn)象，這屬于波的特征，微粒說無法解釋但到了19世紀(jì)末又發(fā)現(xiàn)了光的新現(xiàn)象光電效應(yīng)，證實光具有粒子性這種現(xiàn)象波動說不能解釋，因此，光既具有波動性，又具有粒子性，但不同于宏觀的機械波和機械粒子波動性和粒子性是光在不同

7、的情況下的不同表現(xiàn)，是同一物體的兩個不同側(cè)面，不同屬性，我們無法用其中的一種去說明光的一切行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性選D.三、對光是概率波的理解1單個粒子運動的偶然性：我們可以知道粒子落在某點的概率，但不能預(yù)言粒子落在什么位置，即粒子到達什么位置是隨機的，是預(yù)先不能確定的2大量粒子運動的統(tǒng)計規(guī)律：光在傳播過程中，光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動規(guī)律確定，所以光是一種概率波【例3】(多選)在單縫衍射實驗中，中央亮紋的光強占從單縫射入的整個光強的95%以上，假設(shè)現(xiàn)在只讓一個光子通過單縫，那么該光子()A一定落在中央亮紋處B一定落在亮紋處C可能落在暗紋處D落在中央亮紋處的可能性最大答案CD解析根

8、據(jù)光波是概率波的概念，對于一個光子通過單縫落在何處，是不確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處當(dāng)然也可落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，不過，落在暗紋處的概率很小，故C、D選項正確.對康普頓效應(yīng)的理解1(多選)關(guān)于康普頓效應(yīng)，下列說法正確的是()A康普頓在研究X射線散射時，發(fā)現(xiàn)散射光的波長發(fā)生了變化，為波動說提供了依據(jù)BX射線散射時，波長改變了多少與散射角有關(guān)C發(fā)生散射時，波長較短的X射線或射線入射時，產(chǎn)生康普頓效應(yīng)D愛因斯坦的光子說能夠解釋康普頓效應(yīng)，所以康普頓效應(yīng)支持粒子說答案BCD解析美國物理學(xué)家康普頓在研究X射線散射時，發(fā)現(xiàn)散射光波長發(fā)生了變化，這種現(xiàn)象用波動說無法解釋，用光子說卻可以解

9、釋，A錯，波長改變的多少與散射角有關(guān)，B對當(dāng)波長較短時發(fā)生康普頓效應(yīng)，較長時發(fā)生光電效應(yīng)，C對、D對對光的波粒二象性的理解2下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中，正確的是()A有的光是波，有的光是粒子B光子與電子是同樣的一種粒子C光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著D大量光子的行為往往顯示出粒子性答案C解析一切光都具有波粒二象性，光的有些行為(如干涉、衍射)表現(xiàn)出波動性，光的有些行為(如光電效應(yīng))表現(xiàn)出粒子性所以，不能說有的光是波，有的光是粒子，雖然光子與電子都是微觀粒子，都具有波粒二象性，但電子是實物粒子，有靜止質(zhì)量，光子不是實物粒子，沒有靜止質(zhì)量，電子是以實物形式存在的物質(zhì)，光

10、子是以場形式存在的物質(zhì)，所以，不能說光子與電子是同樣的一種粒子光的波粒二象性的理論和實驗表明，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性，個別光子的行為表現(xiàn)出粒子性光的波長越長，衍射性越好，即波動性越顯著，光的波長越短，其光子能量越大，個別或少數(shù)光子的作用就足以引起光接收裝置的反應(yīng)，所以其粒子性就很顯著故選項C正確，A、B、D錯誤3關(guān)于光的波粒二象性，下列說法中不正確的是()A波粒二象性指光有時表現(xiàn)為波動性，有時表現(xiàn)為粒子性B光波頻率越高，粒子性越明顯C能量越大的光子其波動性越顯著D個別光子易表現(xiàn)出粒子性，大量光子易表現(xiàn)出波動性答案C解析波粒二象性指光有時候表現(xiàn)出的粒子性較明顯，有時候表現(xiàn)出的波動性較明顯，或

11、者說在某種場合下光的粒子性表現(xiàn)明顯，在另外某種場合下，光的波動性表現(xiàn)明顯個別光子易表現(xiàn)出粒子性，大量光子易表現(xiàn)出波動性，A、D說法正確；光的頻率越高，能量越高，粒子性相對波動性越明顯，B說法正確、C說法錯誤.(時間：60分鐘)題組一康普頓效應(yīng)1白天的天空各處都是亮的，是大氣分子對太陽光散射的結(jié)果美國物理學(xué)家康普頓由于在這方面的研究而榮獲了1927年的諾貝爾物理學(xué)獎，假設(shè)一個運動的光子和一個靜止的自由電子碰撞以后，電子向某一個方向運動，光子沿另一方向散射出去，則這個散射光子跟原來的光子相比()A. 頻率變大 B速度變小C光子能量變大 D. 波長變長答案D解析光子與自由電子碰撞時，遵守動量守恒和能

12、量守恒，自由電子碰撞前靜止，碰撞后動量、能量增加，所以光子的動量、能量減小，由，h可知光子頻率變小，波長變長，故D正確，由于光子速度是不變的，故B錯誤2光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)都包含有電子與光子的相互作用過程，對此下列說法正確的是()A兩種效應(yīng)中電子與光子組成的系統(tǒng)都服從動量守恒定律和能量守恒定律B兩種效應(yīng)都相當(dāng)于電子與光子的彈性碰撞過程C兩種效應(yīng)都屬于吸收光子的過程D光電效應(yīng)是吸收光子的過程，而康普頓效應(yīng)相當(dāng)于光子和電子彈性碰撞的過程答案D解析光電效應(yīng)吸收光子放出電子，其過程能量守恒，但動量不守恒，康普頓效應(yīng)相當(dāng)于光子與電子彈性碰撞的過程，并且遵守動量守恒定律和能量守恒定律，兩種效應(yīng)都說明光具有

13、粒子性故D正確3科學(xué)研究證明，光子有能量也有動量，當(dāng)光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子假設(shè)光子與電子碰撞前的波長為，碰撞后的波長為，則碰撞過程中()A能量守恒，動量不守恒，且B能量不守恒，動量不守恒，且C能量守恒，動量守恒，且答案C解析能量守恒和動量守恒是自然界的普遍規(guī)律，適用于宏觀世界也適用于微觀世界光子與電子碰撞時遵循這兩個守恒定律光子與電子碰撞前光子的能量hh，當(dāng)光子與電子碰撞時，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子，光子的能量hh，由可知，選項C正確題組二光的波粒二象性4(多選)說明光具有粒子性的現(xiàn)象是()A光電效應(yīng) B光的干涉C光的衍射 D康普頓效應(yīng)答案AD5(多選)關(guān)于光的波動性與

14、粒子性，以下說法正確的是()A愛因斯坦的光子說否定了光的電磁說B光電效應(yīng)現(xiàn)象說明了光的粒子性C光波不同于機械波，它是一種概率波D光的波動性和粒子性是相互矛盾的，無法統(tǒng)一答案BC解析愛因斯坦的光子說并沒有否定電磁說，只是在一定條件下光是體現(xiàn)粒子性的，A錯；光電效應(yīng)說明光具有粒子性，說明光的能量是一份一份的，B對；光波在少量的情況下體現(xiàn)粒子性，大量的情況下體現(xiàn)波動性，所以C對；光的波動性和粒子性不是孤立的，而是有機的統(tǒng)一體，D錯6下列關(guān)于光的波粒二象性的理解，正確的是()A大量的光子中有些光子表現(xiàn)出波動性，有些光子表現(xiàn)出粒子性B光在傳播時是波，而與物質(zhì)相互作用時就轉(zhuǎn)變成粒子C高頻光是粒子，低頻光是

15、波D波粒二象性是光的屬性，有時它的波動性顯著，有時它的粒子性顯著答案D解析光的波粒二象性是光的屬性，不論其頻率的高低還是光在傳播或者是與物質(zhì)相互作用，光都具有波粒二象性，大量光子的效果易呈現(xiàn)出波動性，個別光子的效果易表現(xiàn)出粒子性，光的頻率越高，粒子性越強，光的頻率越低，波動性越強，故A、B、C錯誤，D正確7關(guān)于光的本性，下列說法正確的是()A波動性和粒子性是相互矛盾和對立的，因此光具有波粒二象性是不可能的B光的波動性類似于機械波，光的粒子性類似于質(zhì)點C大量光子具有波動性，個別光子具有粒子性D射線具有顯著的粒子性，而不具有波動性答案C解析由光的波粒二象性可知：光是同時具有波粒二象性的但是不同于宏

16、觀的機械波和宏觀粒子，波動性和粒子性是光在不同情況下的表現(xiàn)，是同一客觀事物的兩個側(cè)面我們無法用一種學(xué)說去說明光的所有行為，只能認(rèn)為光具有波粒二象性實際上光是一種概率波，即少數(shù)光子的行為表現(xiàn)出粒子性，大量光子的行為表現(xiàn)出波動性綜上所述選項C正確8(多選)關(guān)于光的性質(zhì)，下列敘述中正確的是()A在其他同等條件下，光的頻率越高，衍射現(xiàn)象越容易看到B頻率越高的光，粒子性越顯著；頻率越低的光，波動性越顯著C大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示出波動性，個別光子產(chǎn)生的效果往往顯示出粒子性D如果讓光子一個一個地通過狹縫時，它們將嚴(yán)格按照相同的軌道和方向做極有規(guī)則的勻速直線運動答案BC解析光具有波粒二象性，頻率越高，粒子性越顯著；少量光子表現(xiàn)出粒子性，但光子的波粒二象性是本身固有的9(多選)在驗證光的波粒二象性的實驗中，下列說法正確的是()A使光子一個一個地通過單縫，如果時間足夠長，底片上會出現(xiàn)衍射圖樣B單個光子通過單縫后，底片上會出現(xiàn)完整的衍射圖樣C光子通過單縫的運動路線像水波一樣起伏D單個光子通過單縫后打在底片上的情況呈現(xiàn)出隨機性，大量光子通過單縫后打在底片上的情況呈現(xiàn)出規(guī)律性答案AD10(