1、3 光的波粒二象性学习目标 1.了解康普顿效应及其意义，了解光子理论对康普顿效应的解释.2.知道光的波粒二象性，知道波和粒子的对立、统一的关系.3.了解什么是概率波，知道光也是一种概率波一、康普顿效应1光的散射光在介质中与物质微粒相互作用，因而传播方向发生改变，这种现象叫做光的散射2康普顿效应美国物理学家康普顿在研究石墨对 X 射线的散射时，发现在散射的 X 射线中，除了与入射波长 0 相同的成分外，还有波长大于 0 的成分，这个现象称为康普顿效应3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，深入揭示了光的粒子性的一面4光子的动量(1)表达式：p .h(2)说明：在康普顿效
2、应中，入射光子与晶体中电子碰撞时，把一部分动量转移给电子，光子的动量变小因此，有些光子散射后波长变大二、光的波粒二象性1光的干涉和衍射现象说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性2光子的能量 h，光子的动量 p .h3光子既有粒子的特征，又有波的特征，即光具有波粒二象性三、光是一种概率波在双缝干涉实验中，屏上亮纹的地方，是光子到达概率大的地方，暗纹的地方是光子到达概率小的地方所以光波是一种概率波即光波在某处的强度代表着光子在该处出现概率的大小即学即用 判断下列说法的正误(1)光子的动量与波长成反比( )(2)光子发生散射后，其动量大小发生变化，但光子的频率不发生变化( )(3)光
3、的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性( )(4)光子数量越大，其粒子性越明显( )(5)光具有粒子性，但光子又是不同于宏观观念的粒子( )(6)光在传播过程中，有的光是波，有的光是粒子( )一、对康普顿效应的理解康普顿效应不仅有力地验证了光子理论，而且证实了微观领域的现象也严格遵循能量守恒和动量守恒定律康普顿效应深刻揭示出光具有粒子性的一面例 1 康普顿效应证实了光子不仅具有能量，还是有动量图 1 给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰撞后光子可能沿方向_运动，并且波长_(填“不变” “变短”或“变长”)图 1答案 1 变长解析 因光子与电子的碰撞过 程动量守恒，所以碰撞后光子和电
4、子的总动量的方向与光子碰撞前动量的方向一致，可见碰撞后光子运 动的方向可能沿 1 方向，不可能沿 2 或 3 方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移 给电子，光子的能量减少，由 h 知，频率变小，再根据 c知，波长变长二、对光的波粒二象性的理解导学探究 人类对光本性的认识过程中先后进行了一系列实验，比如：光的单缝衍射实验(图 2A)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图 2(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)单缝衍射实验、双缝干涉实验、薄膜干涉实验体现了光的波动性光
5、电效应实验和康普顿效应实验体现了光的粒子性(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深化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 h 揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系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光在传播时体现出波动性，在与其他物质相互作用时体现出粒子性光的粒子性和波动性组成一个有机的统一体例 2 下面关于光的波粒二象性的说法中，不正确的是( )A大量光子
6、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有时表现为波动性，有 时表现为粒子性，二者是统一的，故D 错误三、对光是概率
7、波的理解1单个粒子运动的偶然性：我们可以知道粒子落在某点的概率，但不能预言粒子落在什么位置，即粒子到达什么位置是随机的，是预先不能确定的2大量粒子运动的必然性：由波动规律我们可以准确地知道大量粒子运动时的统计规律，因此我们可以对宏观现象进行预言3概率波体现了波粒二象性的和谐统一：概率波的主体是光子、实物粒子，体现了粒子性的一面；同时粒子在某一位置出现的概率受波动规律支配，体现了波动性的一面，所以说概率波将波动性和粒子性统一在一起例 3 (多选) 在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的 95%以上，假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子( )A一定落在中央亮纹处B一定落在亮纹
8、处C可能落在暗纹处D落在中央亮纹处的可能性最大答案 CD解析 根据光波是概率波的概念， 对于一个光子通过单缝 落在何处，是不确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达 95%以上，当然也可能落在其他亮纹处，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.1(对康普顿效应的理解)( 多 选)关于康普顿效应，下列说法正确的是( )A康普顿在研究 X 射线散射时，发现散射光的波长发生了变化，为波动说提供了依据BX 射线散射时，波长改变了多少与散射角有关C发生散射时，波长较短的 X 射线或 射线入射时，产生康普顿效应D爱因斯坦的光子说能够解释康普顿效应，所以康普顿效应支持粒子说答
9、案 BCD2(对光的波粒二象性的认识) 对于光的波粒二象性的说法，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 h 中，频率 表示的是波的特性答案 D3(对光的本性的认识)关于光的本性，下列说法中正确的是 ( )A关于光的本性，牛顿提出 “微粒说” ，惠更斯提出“波动说” ，爱因斯坦提出“光子说” ，它们都说明了光的本性B光具有波粒二象性是指：既可以把光看成宏观概念上的波，也可以看成微观概念上的粒子C光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明光
10、具有粒子性D牛顿的“微粒说”和惠更斯的 “波动说”相结合就是光的波粒二象性答案 C解析 光的波动性指大量光子在空间各点出现的可能性的大小，可以用波动规律来描述，不是惠更斯的“波动说”中宏观概念上的机械波光的粒子性是指光的能量是一份一份的，每一份是一个光子，不是牛顿“ 微粒说”中的经典微粒某 现 象说明光具有波动性，是指波动理论能解释这一现象某现象说 明光具有粒子性，是指能用粒子说解释这个现象要区分题中说法和物理史实与波粒二象性之间的关系 C 正确，A 、B、D 错误考点一 康普顿效应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 1927 年的
11、诺贝尔物理学奖假设一个沿着一定方向运动的光子和一个静止的自由电子相互碰撞以后，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波长变长答案 D解析 光子与自由电子碰撞时 ，遵守 动量守恒定律和能量守恒定律，自由电子碰撞前静止，碰撞后其动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，故 C 错误由 、h 可知光子频率hp变小，波长变长，故 A 错误，D 正确由于光子速度是不 变 的，故 B 错误2光电效应和康普顿效应都包含电子与光子的相互作用过程，对此下列说法正确的是( )A两种效应中电子与光子组成的系统都服从动量守恒定律和能量
12、守恒定律B两种效应都相当于电子与光子的弹性碰撞过程C两种效应都属于吸收光子的过程D光电效应是吸收光子的过程，而康普顿效应相当于光子和电子弹性碰撞的过程答案 D解析 光电效应吸收光子放出电子，其 过程能量守恒，但 动 量不守恒，康普顿效应相当于光子与电子弹性碰撞的过程，并且遵守 动量守恒定律和能量守恒定律，故 D 正确3科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子假设光子与电子碰撞前的波长为 ，碰撞后的波长为 ，则碰撞过程中( )A能量守恒，动量不守恒，且 B能量不守恒，动量不守恒，且 C能量守恒，动量守恒，且 答案 C解析 能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规
13、律，适用于宏观世界也适用于微观世界光子与电子碰撞时遵循这两个规律光子与 电子碰撞前光子的能量 hh ，当光子与 电子碰撞c时，光子的一些能量转移给了 电子，光子的能量 h h ，由 可知 ，选项cC 正确考点二 光的波粒二象性4(多选) 人类对光的本性的认识经历了曲折的过程下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是( )A牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的 “光子说”本质上是一样的B光的双缝干涉实验说明了光具有波动性C麦克斯韦预言了光是一种电磁波D光具有波粒二象性答案 BCD解析 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，显然 A 错误；干涉、
14、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，B 正确；麦克斯韦根据光的传播不需要介质，以及 电磁波在真空中的 传播速度与光速近似相等认为光是一种电磁波，后来赫兹 用实验证实了光的电磁说， C 正确；光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，D 正确5(多选) 说明光具有粒子性的现象是( )A光电效应 B光的干涉C光的衍射 D康普顿效应答案 AD6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表现出粒子性答案 C解析 一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍
15、射)表现出波动性，有些行为(如光电效应)表现出粒子性，A 错误 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 B 错误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，衍射现象越明显，即波动性越显著；光的波长越短，其粒子性越 显著，故 选项 C 正确，D 错误7有关光的本性，下列说法中正确的是( )A光具有波动性，又具有粒子性，这是相互矛盾和对立的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
16、子只具有粒子性D由于光既具有波动性，又具有粒子性，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答案 D解析 光在不同条件下表现出不同的行为，其波 动性和粒子性并不矛盾，A 错， D 对；光的波动性不同于机械波，其粒子性也不同于质点， B 错；大量光子往往表现出波动性，个别光子往往表现出粒子性，C 错8数码相机几近家喻户晓，用来衡量数码相机性能的一个非常重要的指标就是像素，1 像素可理解为光子打在光屏上的一个亮点，现知 2 000 万像素的数码相机拍出的照片比 200 万像素的数码相机拍出的等大的照片清晰得多，其原因可以理解为( )A光是一种粒子，它和物质的作用是一份一份的B光的
17、波动性是大量光子之间的相互作用引起的C大量光子表现出光的粒子性D光具有波粒二象性，大量光子表现出光的波动性答案 D考点三 光是概率波9(多选) 为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是( )A使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样B使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C大量光子的运动显示光的波动性，个别光子的运动显示光的粒子性D光只有波动性没有粒子性答案 AC解析 光的波动性是统计规律的结果， 对个别光子我们无法判断它落到哪个位置； 对于大量光子遵循统计规律，即大量光子的运 动或曝光时间足够长 ，显示出光的波动性
