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文檔簡(jiǎn)介

1、1.了解康普頓效應(yīng)及其意義,了解光子理論對(duì)康普頓了解康普頓效應(yīng)及其意義,了解光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋效應(yīng)的解釋.2.知道光的波粒二象性,知道波和粒子的對(duì)立統(tǒng)一的知道光的波粒二象性,知道波和粒子的對(duì)立統(tǒng)一的關(guān)系關(guān)系.3.了解什么是概率波,知道光也是一種概率波了解什么是概率波,知道光也是一種概率波. 學(xué)習(xí)目標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)定位學(xué)習(xí)探究區(qū)一、一、對(duì)對(duì)康普頓效應(yīng)的理解康普頓效應(yīng)的理解二、二、對(duì)光的波粒二象性的理解對(duì)光的波粒二象性的理解三三、對(duì)光是概率波的理解對(duì)光是概率波的理解一、對(duì)康普頓效應(yīng)的理解要點(diǎn)要點(diǎn)提煉提煉康普頓效應(yīng)不僅有力地驗(yàn)證了光子理論,而且也證實(shí)康普頓效應(yīng)不僅有力地驗(yàn)證了光子理論,而且也證

2、實(shí)了微觀領(lǐng)域的現(xiàn)象,也嚴(yán)格遵循能量守恒了微觀領(lǐng)域的現(xiàn)象,也嚴(yán)格遵循能量守恒和和 守恒定守恒定律律.康普頓效應(yīng)深刻揭示出光康普頓效應(yīng)深刻揭示出光具有具有 性性的一面的一面.動(dòng)量動(dòng)量粒子粒子例例1康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量,也有動(dòng)量康普頓效應(yīng)證實(shí)了光子不僅具有能量,也有動(dòng)量.圖圖1給出了光子與靜止電子碰撞后,電子的運(yùn)動(dòng)方向,給出了光子與靜止電子碰撞后,電子的運(yùn)動(dòng)方向,則碰撞后光子可能沿方向則碰撞后光子可能沿方向_運(yùn)動(dòng),并且波長(zhǎng)運(yùn)動(dòng),并且波長(zhǎng)_(填填“不變不變”“”“變短變短”或或“變長(zhǎng)變長(zhǎng)”).圖圖1解析解析因光子與電子的碰撞過(guò)程動(dòng)量守恒,所以碰撞因光子與電子的碰撞過(guò)程動(dòng)量守恒,所以碰撞后光

3、子和電子的總動(dòng)量的方向與光子碰撞前動(dòng)量的方后光子和電子的總動(dòng)量的方向與光子碰撞前動(dòng)量的方向一致,可見(jiàn)碰撞后光子運(yùn)動(dòng)的方向可能沿向一致,可見(jiàn)碰撞后光子運(yùn)動(dòng)的方向可能沿1方向,不方向,不可能沿可能沿2或或3方向;通過(guò)碰撞,光子將一部分能量轉(zhuǎn)移方向;通過(guò)碰撞,光子將一部分能量轉(zhuǎn)移給電子,光子的能量減少,由給電子,光子的能量減少,由h知,頻率變小,再知,頻率變小,再根據(jù)根據(jù)c知,波長(zhǎng)變長(zhǎng)知,波長(zhǎng)變長(zhǎng).答案答案1變長(zhǎng)變長(zhǎng)返回返回問(wèn)題設(shè)計(jì)問(wèn)題設(shè)計(jì)二、對(duì)光的波粒二象性的理解聯(lián)系回顧光的波動(dòng)理論的發(fā)展過(guò)程,結(jié)合現(xiàn)學(xué)知識(shí)說(shuō)聯(lián)系回顧光的波動(dòng)理論的發(fā)展過(guò)程,結(jié)合現(xiàn)學(xué)知識(shí)說(shuō)明:哪些現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性?哪些現(xiàn)象說(shuō)明光

4、具明:哪些現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性?哪些現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性?人們對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)發(fā)展史經(jīng)過(guò)哪幾個(gè)有粒子性?人們對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)發(fā)展史經(jīng)過(guò)哪幾個(gè)階段?階段?答案答案光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有波動(dòng)性光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)說(shuō)明光具有波動(dòng)性.光的光的干涉和衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性干涉和衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性.對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)發(fā)展史對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)發(fā)展史學(xué)說(shuō)名稱微粒說(shuō)波動(dòng)說(shuō)電磁說(shuō)光子說(shuō)波粒二象性代表人物牛頓托馬斯楊和菲涅耳麥克斯韋愛(ài)因斯坦公認(rèn)實(shí)驗(yàn)依據(jù)光的直線傳播、光的反射光的干涉、衍射能在真空中傳播,是橫波,光速等于電磁波波速光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)光既有波動(dòng)現(xiàn)象,又有粒子特征內(nèi)容要點(diǎn)光是一群彈性粒子光是

5、一種機(jī)械波光是一種電磁波光是由一份一份光子組成的光是一種概率波光具有波粒二象性 要點(diǎn)提煉要點(diǎn)提煉1.對(duì)光的波粒二象性的理解對(duì)光的波粒二象性的理解光的光的波粒波粒二象二象性性粒子性粒子性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)依據(jù)依據(jù)光電效應(yīng)光電效應(yīng)康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)表現(xiàn)表現(xiàn)個(gè)別光子表現(xiàn)出粒子性個(gè)別光子表現(xiàn)出粒子性相互作用時(shí)表現(xiàn)出粒子性相互作用時(shí)表現(xiàn)出粒子性高頻光粒子性顯著高頻光粒子性顯著光的光的波粒波粒二象二象性性波動(dòng)性波動(dòng)性實(shí)驗(yàn)依據(jù)實(shí)驗(yàn)依據(jù)干涉干涉衍射衍射表現(xiàn)表現(xiàn)大量光子表現(xiàn)出波動(dòng)性大量光子表現(xiàn)出波動(dòng)性光在傳播時(shí)表現(xiàn)出波動(dòng)性光在傳播時(shí)表現(xiàn)出波動(dòng)性低頻光波動(dòng)性顯著低頻光波動(dòng)性顯著2.光子的能量光子的能量Eh和動(dòng)量和動(dòng)量p普

6、朗克常量普朗克常量h把描述粒子性把描述粒子性的的 和和 ,與描述波與描述波動(dòng)性動(dòng)性的的 、 緊密緊密地聯(lián)系在一起,生動(dòng)地說(shuō)明地聯(lián)系在一起,生動(dòng)地說(shuō)明光具有波粒二象性光具有波粒二象性.能量能量E動(dòng)量動(dòng)量p頻率頻率波長(zhǎng)波長(zhǎng)例例2有關(guān)光的本性,下列說(shuō)法正確的是有關(guān)光的本性,下列說(shuō)法正確的是()A.光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,這是互相矛盾和對(duì)立的光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,這是互相矛盾和對(duì)立的B.光的波動(dòng)性類似于機(jī)械波,光的粒子性類似于質(zhì)點(diǎn)光的波動(dòng)性類似于機(jī)械波,光的粒子性類似于質(zhì)點(diǎn)C.大量光子才具有波動(dòng)性,個(gè)別光子只具有粒子性大量光子才具有波動(dòng)性,個(gè)別光子只具有粒子性D.由于光既具有波動(dòng)性,又具

7、有粒子性,無(wú)法只用其中一由于光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,無(wú)法只用其中一種種 去去說(shuō)明光的一切行為,只能認(rèn)為光具有波粒二象性說(shuō)明光的一切行為,只能認(rèn)為光具有波粒二象性解析解析19世紀(jì)初,人們成功地在實(shí)驗(yàn)中觀察到了光的干涉、世紀(jì)初,人們成功地在實(shí)驗(yàn)中觀察到了光的干涉、衍射現(xiàn)象,這屬于波的特征,微粒說(shuō)無(wú)法解釋衍射現(xiàn)象,這屬于波的特征,微粒說(shuō)無(wú)法解釋.但到了但到了19世紀(jì)世紀(jì)末又發(fā)現(xiàn)了光的新現(xiàn)象末又發(fā)現(xiàn)了光的新現(xiàn)象光電效應(yīng),這種現(xiàn)象波動(dòng)說(shuō)不能光電效應(yīng),這種現(xiàn)象波動(dòng)說(shuō)不能解釋,證實(shí)光具有粒子性解釋,證實(shí)光具有粒子性.因此,光既具有波動(dòng)性,又具有粒因此,光既具有波動(dòng)性,又具有粒子性,但不同于宏觀的機(jī)械波

8、和質(zhì)點(diǎn)子性,但不同于宏觀的機(jī)械波和質(zhì)點(diǎn).波動(dòng)性和粒子性是光在波動(dòng)性和粒子性是光在不同的情況下的不同表現(xiàn),是同一客觀事物的兩個(gè)不同側(cè)面、不同的情況下的不同表現(xiàn),是同一客觀事物的兩個(gè)不同側(cè)面、不同屬性,我們無(wú)法用其中一種去說(shuō)明光的一切行為,只能不同屬性,我們無(wú)法用其中一種去說(shuō)明光的一切行為,只能認(rèn)為光具有波粒二象性認(rèn)為光具有波粒二象性.故選項(xiàng)故選項(xiàng)D正確正確.答案答案D返回返回問(wèn)題設(shè)計(jì)問(wèn)題設(shè)計(jì)三、對(duì)光是概率波的理解雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中(如圖如圖2甲所示甲所示),在光屏處放置照相底,在光屏處放置照相底片,并設(shè)法減弱光的強(qiáng)度,使光子只能是一個(gè)一個(gè)地片,并設(shè)法減弱光的強(qiáng)度,使光子只能是一個(gè)一個(gè)地

9、通過(guò)狹縫通過(guò)狹縫.圖圖2如圖乙所示,曝光時(shí)間短時(shí),可看到底片上出現(xiàn)一些如圖乙所示,曝光時(shí)間短時(shí),可看到底片上出現(xiàn)一些不規(guī)則分布的亮點(diǎn),如圖丙所示,延長(zhǎng)曝光時(shí)間底片不規(guī)則分布的亮點(diǎn),如圖丙所示,延長(zhǎng)曝光時(shí)間底片上出現(xiàn)的亮點(diǎn)更多了上出現(xiàn)的亮點(diǎn)更多了.曝光時(shí)間足夠長(zhǎng),有大量光子通曝光時(shí)間足夠長(zhǎng),有大量光子通過(guò)狹縫,底片上出現(xiàn)了規(guī)則的干涉條紋,如圖丁所示過(guò)狹縫,底片上出現(xiàn)了規(guī)則的干涉條紋,如圖丁所示.如何解釋曝光時(shí)間較短時(shí)的亮點(diǎn)和曝光時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)的如何解釋曝光時(shí)間較短時(shí)的亮點(diǎn)和曝光時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)的干涉圖樣呢?干涉圖樣呢?答案答案底片上的亮點(diǎn)表明,光表現(xiàn)出粒子性,也看到底片上的亮點(diǎn)表明,光表現(xiàn)出粒子性,也看到

10、光子的運(yùn)動(dòng)與宏觀現(xiàn)象中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)不同,沒(méi)有一定光子的運(yùn)動(dòng)與宏觀現(xiàn)象中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)不同,沒(méi)有一定的軌道的軌道.丙和丁圖樣說(shuō)明,光的波動(dòng)性是大量光子表現(xiàn)丙和丁圖樣說(shuō)明,光的波動(dòng)性是大量光子表現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象,在干涉條紋中,那些光波強(qiáng)的地方是光出來(lái)的現(xiàn)象,在干涉條紋中,那些光波強(qiáng)的地方是光子到達(dá)機(jī)會(huì)多的地方或是到達(dá)幾率大的地方,光波弱子到達(dá)機(jī)會(huì)多的地方或是到達(dá)幾率大的地方,光波弱的地方是光子到達(dá)機(jī)會(huì)少的地方的地方是光子到達(dá)機(jī)會(huì)少的地方.光子在空間出現(xiàn)的概光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過(guò)波動(dòng)的規(guī)律確定,所以光是一種概率波率可以通過(guò)波動(dòng)的規(guī)律確定,所以光是一種概率波. 要點(diǎn)提煉要點(diǎn)提煉1.單個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)的偶然性:我

11、們可以知道粒子落在某點(diǎn)單個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)的偶然性:我們可以知道粒子落在某點(diǎn)的概率的概率,但不能預(yù)言粒子落在什么位置,即粒子到達(dá),但不能預(yù)言粒子落在什么位置,即粒子到達(dá)什么位置是隨機(jī)的,是預(yù)先不能確定的什么位置是隨機(jī)的,是預(yù)先不能確定的.2.大量粒子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律:光在傳播過(guò)程中,光子在大量粒子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律:光在傳播過(guò)程中,光子在空間出現(xiàn)空間出現(xiàn)的的 可以可以通過(guò)波動(dòng)規(guī)律確定,所以光是一通過(guò)波動(dòng)規(guī)律確定,所以光是一種種 波波.概率概率概率概率例例3在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中,中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中,中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個(gè)光強(qiáng)的入的整個(gè)光強(qiáng)的95%以上,假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)光子通以上,假

12、設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)光子通過(guò)單縫,那么該光子過(guò)單縫,那么該光子()A.一定落在中央亮紋處一定落在中央亮紋處B.一定落在亮紋處一定落在亮紋處C.可能落在暗紋處可能落在暗紋處D.落在中央亮紋處的可能性最大落在中央亮紋處的可能性最大解析解析根據(jù)光波是概率波的概念,對(duì)于一個(gè)光子通過(guò)根據(jù)光波是概率波的概念,對(duì)于一個(gè)光子通過(guò)單縫落在何處,是不確定的,但概率最大的是落在中單縫落在何處,是不確定的,但概率最大的是落在中央亮紋處央亮紋處.當(dāng)然也可落在其他亮紋處,還可能落在暗紋當(dāng)然也可落在其他亮紋處,還可能落在暗紋處,不過(guò),落在暗紋處的概率很小,故處,不過(guò),落在暗紋處的概率很小,故C、D選項(xiàng)正確選項(xiàng)正確.答案答案CD返

13、回返回課堂要點(diǎn)小結(jié)光的波粒二象性光的波粒二象性返回返回自我檢測(cè)區(qū)123412341.一個(gè)沿著一定方向運(yùn)動(dòng)的光子和一個(gè)原來(lái)靜止的自由一個(gè)沿著一定方向運(yùn)動(dòng)的光子和一個(gè)原來(lái)靜止的自由電子相互碰撞,碰撞之后電子向某一方向運(yùn)動(dòng),而光電子相互碰撞,碰撞之后電子向某一方向運(yùn)動(dòng),而光子沿著另一方向散射出去子沿著另一方向散射出去.則這個(gè)散射光子跟原來(lái)入射則這個(gè)散射光子跟原來(lái)入射時(shí)相比時(shí)相比()A.散射光子的能量減少散射光子的能量減少B.光子的能量增加,頻率也增大光子的能量增加,頻率也增大C.速度減小速度減小D.波長(zhǎng)減小波長(zhǎng)減小1234解析解析由于光子既具有能量,也具有動(dòng)量,因此在碰由于光子既具有能量,也具有動(dòng)量

14、,因此在碰撞過(guò)程中遵循能量守恒定律,所以光子能量減少,頻撞過(guò)程中遵循能量守恒定律,所以光子能量減少,頻率減小,波長(zhǎng)增大率減小,波長(zhǎng)增大.答案答案A12342.下列實(shí)驗(yàn)中,能證實(shí)光具有粒子性的是下列實(shí)驗(yàn)中,能證實(shí)光具有粒子性的是()A.光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)B.光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)C.光的圓孔衍射實(shí)驗(yàn)光的圓孔衍射實(shí)驗(yàn)D.泊松亮斑實(shí)驗(yàn)泊松亮斑實(shí)驗(yàn)解析解析光的雙縫干涉、圓孔衍射、泊松亮斑實(shí)驗(yàn)都說(shuō)光的雙縫干涉、圓孔衍射、泊松亮斑實(shí)驗(yàn)都說(shuō)明光具有波動(dòng)性明光具有波動(dòng)性.A12343.下列現(xiàn)象中說(shuō)明光具有波動(dòng)性的是下列現(xiàn)象中說(shuō)明光具有波動(dòng)性的是()A.光的直線傳播光的直線傳播 B.光的衍射光的

15、衍射C.光的干涉光的干涉 D.光電效應(yīng)光電效應(yīng)BC12344.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,若在光屏處放上照相底片,并使在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,若在光屏處放上照相底片,并使光子流減弱到使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫,實(shí)驗(yàn)光子流減弱到使光子只能一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng),底片上結(jié)果表明,如果曝光時(shí)間不太長(zhǎng),底片上出現(xiàn)出現(xiàn)_;如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng),底片上出現(xiàn)如果曝光時(shí)間足夠長(zhǎng),底片上出現(xiàn)_.解析解析在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,如果能使光子一個(gè)一個(gè)地在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中,如果能使光子一個(gè)一個(gè)地通過(guò)狹縫,則曝光時(shí)間短時(shí),底片上只出現(xiàn)一些不規(guī)通過(guò)狹縫,則曝光時(shí)間短時(shí),底片上只出現(xiàn)一些不規(guī)則分布的點(diǎn),不形成干涉特有的明暗相間的條紋,則分布的點(diǎn),不形成干涉特有的明暗相間的條紋,表表1234現(xiàn)出光的粒子性現(xiàn)出光的粒子性.點(diǎn)的分布看似不規(guī)則,但點(diǎn)在底片上點(diǎn)的分布看似不規(guī)則,但點(diǎn)在底片上各處出現(xiàn)的概率卻遵從雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中光強(qiáng)分布的規(guī)各處出現(xiàn)的概率卻遵

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