第一篇：高中物理知識點總結：光的波粒二象性

一.教學內容：光的波粒二象性 ［學習過程］

一.能說明光具有波動性的實驗光的干涉及衍射實驗 1.光的干涉及衍射

產生條件 典型實驗 圖樣特點

干涉 相干光源（f相同）雙縫干涉 等寬明暗相間的條紋

衍射 障礙物或小孔的尺寸 單縫、圓孔、越窄，衍射明顯 不等寬

跟光波波長差不多 圓盤 中央亮而寬，邊緣暗而窄

a.干涉條紋間距

△x：兩個相鄰的亮（暗）條紋間距 b.明暗條紋分布規律： 光程差δ＝r2－r1 中央 第一級 第二級

亮紋 δ＝nλ 振動加強 n＝0 n＝1 n＝2

增透膜：

λ：綠光在增透膜中的波長

注：①對光的衍射條紋，縫越窄，衍射現象明顯，衍射條紋間距越大。縫寬一定時，波長越長的光，衍射現象明顯。

②白光的衍射條紋：中央白條紋，兩邊彩色條紋，紅光在外側。白光的干涉條紋：中央白條紋，兩邊彩色條紋，紅光在外側。

4.光的偏振

（1）偏振光的產生方式：①自然光通過起偏器：通過兩個軸的偏振片觀察自然光，第一個偏振片的作用是把自然光變偏振光，叫起偏器。第二個偏振片的作用是檢驗光是否為偏振光，叫檢偏器。其次，偏振片并非刻有狹縫，而是具有一種特性，即存在一個偏振化方向，只讓平行于該方向振動的光通過，其他振動方向的光被吸收了。②自然光射到兩種介質的交界面上，如果光入射的方向合適，使反射光和折射光之間的夾角恰好是90°時，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。

（2）偏振光的理論意義和應用：①理論意義：光的干涉和衍射現象充分說明了光是波，但不能確定光波是橫波還是縱波。光的偏振現象說明光波是橫波。②應用：照相機鏡頭、立體電影、消除車燈眩光等等。二.光的粒子性（光電效應B類要求）1.光電效應

（1）在光的照射下從物體表面發射電子的現象叫光電效應。發射出的電子叫光電子。（2）演示實驗

2.光電效應的規律

（1）瞬時性10-9S，從光照到發射電子幾乎是同時的（2）任何金屬存在一個極限頻率，只有v入射>v極限發生

（3）逸出光電子的最大初動能與入射光強度無關，只隨ν入射增大而增大（4）在入射光強度不變時，入射光強增加，光電流增大，飽和光電流與入射光強度成正比。I飽和光電流與λ入射光強度成正比

不加電壓，少量光電子到陽極，光電流小。加電壓，較多光電子到陽極，光電流大。電壓大到一定程度，光電流就不再增大，達到飽和光電流。入射光強度：單位時間單位面積入射光的能量。E＝nhv，v不變，增大光強，光子數變大。

3.愛因斯坦光子說：光是由一個個光子構成，每個光子能量：E＝hv，h：普朗克常量。

v0不同

v不變時，增大I入射，光子數增多，光電子數越多，光電流大 4.光的波粒二象性

解析：知P點與S1和S2的距離之差，由出現明暗條紋的條件可判斷是亮條紋或暗條紋。

由此可知，B光在空氣中波長 由光程差δ和波長λ的關系：

可見，用B光做光源，P點為亮條紋。

例2.劈尖干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖2甲所示，將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜。當光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖乙所示。干涉條紋有如下特點：（1）任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相鄰明條紋和暗條紋所對應的薄膜厚度差恒定。現若在圖甲裝置中抽去一張紙片，則當光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋（）

A.變疏 B.變密 C.不變 D.消失

（2003年上海高考試題）

解析：因為相鄰兩個明紋位置的空氣膜高度差和夾角的關系為： △h＝l為相鄰明紋的距離）∴變疏，選A 答案：A 規律總結：抓住本題所給的條件是任意相鄰明紋對應的薄膜高度差不變。弄清條紋間距的決定因素。

例3.某金屬在一束黃光照射下，恰好能有電子逸出（即用頻率小于這種黃光的光線照射就不可能有電子逸出）。在下述情況下，逸出電子的多少和電子的最大初動能會發生什么變化？

（1）增大光強而不改變光的頻率；（2）用一束強度更大的紅光代替黃光；（3）用強度相同的紫光代替黃光。

解析：“正好有電子逸出”，說明此種黃光的頻率恰為該種金屬的極限頻率。（1）增大光強而不改變光的頻率，意味著單位時間內入射光子數增多而每個光子能量不變，根據愛因斯坦光電效應方程，逸出的光電子最大初動能不變，但光電子數目增大。

（2）用一束強度更大的紅光代替黃光，紅光光子的頻率小于該金屬的極限頻率，所以無光電子逸出。

（3）用強度相同的紫光代替黃光，因為一個紫光光子的能量大于一個黃光光子的能量，而強度相同，因而單位時間內射向金屬的紫光光子數將比原來少。因此，逸出的電子數將減少，但據愛因斯坦光電效應方程，光電子的最大初動能將增大。例4.如圖3所示，陰極K用極限波長λ0＝0.66μm的金屬銫制成，用波長λ＝0.50μm的綠光照射陰極K，調整兩個極板電壓，當A板電壓比陰極高出2.5V時，光電流達到飽和，電流表示數為0.64μA，求：

（1）每秒鐘陰極發射的光電子數和光電子飛出陰極時的最大初動能。（2）如果把照射陰極綠光的強度增大到原來的2倍，每秒鐘陰極發射出的光電子數和飛出光電子的最大初動能。

解析：（1）當陰極發射的光電子全部到達陽極時，光電流達到飽和，由電流可求出每秒到達陽極的電子數，即為發射出的電子數，由愛因斯坦光電效應方程可算出最大初動能。

（2）光強加倍，發射的光電子數加倍，但入射光頻率不變，光電子的最大初動能不變。

（2）光電子數n’＝2n＝8.0×1012（個）

解析：

；（2）個

小結：本題說明倫琴射線的產生方法。【模擬試題】

1.如圖所示，兩束不同的單色光，A和B，分別沿半徑射入截面為半圓形玻璃磚中后，都由圓心O沿OP方向射出，下列說法中正確的是（）

A.在玻璃中B光傳播的速度較大 B.A光的光子能量較小

C.若分別用這兩種單色光做雙縫干涉實驗，且保持其他實驗條件不變，則A光在屏上形成的明暗條紋的寬度較小

D.若用B光照射某金屬板能產生光電效應，則用A光照射該金屬板也一定能產生光電效應

2.如圖所示，一束復色光射到玻璃三棱鏡AB面上，從三棱鏡的AC面折出的光線分成a、b兩束，如下圖所示。有下列幾個結論（）

①a光的光子能量比b光的光子能量大

②光a、b射到同一金屬表面時，若光a能發生光電效應，那么光b也一定能發生光電效應

③光從棱鏡內射出時，a光的臨界角大于b光的臨界角 ④在此玻璃三棱鏡中a光的光速比b光的光速小 A.①④ B.②③ C.①③ D.②④

3.a、b二束平行細光束垂直射入直角三棱鏡的AB面，對應的折射光線為a’、b’，a’、b’有發散的趨勢，比較a、b二束光，下列說法正確的是（）

A.光束a在棱鏡中的傳播速度快

B.若b光束能使某一金屬產生光電效應，則a光束同樣能使該金屬產生光電效應

C.在完全相同的條件下做雙縫干涉實驗a光對應的干涉條紋較寬

D.在其它條件不變的情況下，當頂角A增大時，一定是折射光束b’先消失 4.雙縫干涉實驗裝置如圖所示，雙縫間的距離為d，雙縫到像屏的距離為L，調整實驗裝置使得像屏上可以見到清晰的干涉條紋。關于干涉條紋的情況，下列敘述正確的是（）

A.若將像屏向左平移一小段距離，屏上的干涉條紋將變得不清晰 B.若將像屏向右平移一小段距離，屏上仍有清晰的干涉條紋 C.若將雙縫間的距離d減小，像屏上的兩個相鄰明條紋間的距離變小 D.若將雙縫間的距離d減小，像屏上的兩個相鄰暗條紋間的距離不變 5.如圖所示，（a）表示單縫，（b）表示雙縫，用某單色光分別照射豎直放置的單縫和雙縫，在縫后較遠位置豎直放置的光屏上可以觀察到明暗相間的條紋（圖中陰影表示明條紋），如圖（c）、（d）所示。下列關于縫和條紋間關系的說法中正確的是（）

A.圖（c）表示單縫衍射條紋，圖（d）表示雙縫干涉條紋 B.單縫S越寬，越容易觀察到對應的明暗條紋 C.雙縫間距離越小，對應條紋間距越大

D.照射雙縫的單色光波長越小，對應條紋間距越大

6.如下圖甲所示，在一塊平板玻璃上放置一平凸薄透鏡，在兩者之間形成厚度不均勻的空氣膜，讓一束單一波長的光垂直入射到該裝置上，結果在上方觀察到如圖乙所示的同心內疏外密的圓環狀干狀條紋，稱為牛頓環，以下說法正確的是（）

A.干涉現象是由于凸透鏡下表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的 B.干涉現象是由于凸透鏡上表面反射光和玻璃上表面反射光疊加形成的 C.干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度不是均勻變化的 D.干涉條紋不等間距是因為空氣膜厚度是均勻變化的

7.尖劈干涉是一種薄膜干涉，其裝置如圖a所示。將一塊平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夾入兩張紙片，從而在兩玻璃表面之間形成一個劈形空氣薄膜。當光垂直入射后，從上往下看到的干涉條紋如圖b所示，干涉條紋有如下特點：（1）任意一條明條紋或暗條紋所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相鄰明條紋或暗條紋所對應的薄膜厚度差恒定。現若在圖1裝置中抽出一張紙片，則當光垂直入射到新的劈形空氣薄膜后，從上往下觀察到的干涉條紋（）

A.變疏 B.變密 C.不變 D.消失

8.市場上有種燈具俗稱“冷光燈”，用它照射物品時能使被照物品處產生熱效應大大降低，從而廣泛地應用于博物館、商店等處。這種燈降低熱效應的原因之一是在燈泡后面放置的反光鏡玻璃表面上鍍一層薄膜（例如氟化鎂），這種膜能消除不鍍膜時玻璃表面反射回來的熱效應最顯著的紅外線。以λ表示此紅外線的波長，則所鍍薄膜的厚度最小應為（）

A.C.以及相鄰兩條亮紋間距。若所用激光波長為，則該實驗確定物體運動速度的表達式是（）

A.D.，普朗克常量為

B.5.分別用波長為 和 D.A.光是電磁波 B.光是一種橫波 C.光是一種縱波 D.光是概率波

7.如圖，當電鍵K斷開時，用光子能量為2.5eV的一束光照射陰極P，發現電流表讀數不為零。合上電鍵，調節滑線變阻器，發現當電壓表讀數小于0.60V時，電流表讀數仍不為零；當電壓表讀數大于或等于0.60V時，電流表讀數為零，由此可知陰極材料的逸出功為（）

A.1.9eV B.0.6eV C.2.5eV D.3.1eV 8.下列說法正確的是（）

A.光的干涉和衍射說明光具有波動性 B.光的頻率越大，波長越大 C.光的波長越大，光子的能量越大

D.光在真空中的傳播速度為9.下列說法正確的是（）A.光波是一種概率波 B.光波是一種電磁波

C.單色光從光密介質進入光疏介質時，光子的能量改變 D.單色光從光密介質進入光疏介質時，光的波長不變 10.下面是四種與光有關的事實： ①用光導纖維傳播信號

②用透明的標準樣板和單色光檢查平面的平整度 ③一束白光通過三棱鏡形成彩色光帶 ④水面上的油膜呈現彩色 其中，與光的干涉有關的是（）A.①④ B.②④ C.①③ D.②③

11.我們經常可以看到，凡路邊施工處總掛著紅色的電燈，這除了紅色光容易引起人的視覺注意以外，還有一個重要的原因，這一原因是紅色光（）A.比其它色光更容易發生衍射 B.比其它可見光的光子能量大 C.比其它可見光更容易發生干涉 D.比其它可見光更容易發生光電效應

12.下列各種現象中不能說明光具有波動性的是（）A.光的偏振現象 B.光電效應現象 C.光的雙縫干涉現象 D.光的衍射現象

13.如圖是產生X射線的裝置，叫做X射線管。圖中的K是陰極，A是陽極，通電時由陰極發出的電子，打在陽極上，從陽極上激發出X射線（也稱X光），設其中光子能量的最大值等于電子到達陽極時的動能。已知陰極與陽極之間電勢差U、普朗克常量h、電子電荷量e和光速c，則（設電子初速為零）（）

A.高壓電源的a端為正極 B.高壓電源的a端為負極

C.射線管發出的X光的最長波長為

【試題答案】 光的波動性

1.B 2.A 3.ACD 4.B 5.C 6.AC 7.A 8.B 9.B 10.B 光的粒子性

1.D 2.A 3.AC 4.B 5.B 6.B 7.A 8.AD 9.AB 10.B 11.A 12.B 13.AD

第二篇：關于微觀粒子波粒二象性的討論

關于微觀粒子波粒二象性的討論

關于光,現代讀工科的人大致都知道光有波粒二象性;從量子物理中,不僅光,微觀粒子都具有波粒二象性;宏觀物質物質由微觀粒子組成,也會表現出波粒二象性.一個名顯的例子就是,物質大致都會輻射出一定頻率的光譜,能過接收光譜可以分析物質.如軍事上的紅外追蹤,夜視等技術.這從觀念上是有點難以理解,活生生的人怎么就能波動了呢.但是理論上就是這樣的.一般說來質量大的物質表現出強的粒子性,質量小的粒子表現出波動性.象光子這樣的小質量,就是波動我典型,象宏觀物質就是粒子的典型.微觀粒子的波粒二象性不是同時能表現出來的,這就是不確定原理.這里量子物理我理論基礎.玻爾認為不確定性原理是由于波粒二象性決定的;得布羅意說，任何物質都具有波的性質，同時具有粒子的性質，你不可能同時對這兩種性質進行觀察，你作為一個粒子來檢測它時，會遺漏它作為波的性質；同樣，你檢驗它波的性質，就會遺漏它粒子的特征。這和人的品格有多么相似呀.世界上大體上沒有絕對的好人與壞人.人在一定的情況下是好人,在另外的情況下又是壞人.也就是說人既是好人又是壞人．在一個人某些情況下你只能看到他好的一面，在另外的情況下只能看到他壞的一面；或者在一些人看來，他是好的，另外的人則相反．但是事實上他確實是好人與壞人的混合體．這樣的例子太多了，以至于所有人都能知道．說到這里，好象又有哲學的味道．

羅素看來對哲學作出了比較好的解釋：＂哲學，就我對這個詞的理解來說，乃是某種介乎神學與科學之間的東西。它和神學一樣，包含著人類對于那些迄今仍為確切的知識所不能肯定的事物的思考；但是它又象科學一樣是訴之于人類的理性而不是訴之于權威的，不管是傳統的權威還是啟示的權威。一切·確·切·的知識——我是這樣主張的——都屬于科學；一切涉及超乎確切知識之外的·教·條都屬于神學。但是介乎神學與科學之間還有一片受到雙方攻擊的無人之域；這片無人之域就是哲學。＂

再回過頭來看量子物理學，量子物理一定不是神學，那它是確切的知道嗎．如果從量子力學的三大支柱來說，似乎是確切的．但是，就象量子物理簡史中提到的，量子物理的解釋就象上帝投骰子一樣不確定，似乎沒有確定．從這一方面來說，就是哲學．更有意思的是，根據量子物理，如果人們意識是想測量微觀粒子的粒子性，它就表現出粒子性．如果人們意識是想測微觀粒子的波動性，它就表現出波動性，這簡直就是哲學．科學研究出來的竟是哲學問題．這說明了，就象羅素所理解的那樣，量子力學其實還在發展之中．只能從物理現象上去解釋，如果從理論上去解釋，就要數學和物理學的共同進展了．電子的波動性和粒子性的統一

電子衍射的實驗，無可爭辯地證明了電子這種實物微粒的運動確實具有波動性，這種波動性和宏觀的波有相似的地方，例如：都是實物或場的某種性質在空間和時間方面周期性的擾動的表現。究竟怎樣把以連續分布于空間為特征的波動

性和以分立分布為特征的粒子性統一起來呢？波恩提出了較為合理的“統計解釋”。

玻恩概率波

光和微觀粒子的波粒二象性如何統一的問題是人類認識史上最令人困惑的問題，至今不能說問題已經完全解決（盧瑟福的α粒子散射實驗證明物質的結構是核式的（這種模型被稱為核式結構模型），原子如此，光子、電子、質子、大到天體都有自己的核心，都有繞核心運動的物質存在，每個核式結構體在運動中由于核式結構的特點，都做具有波動的直線運動，都有測不準的因素（不確定性原理）存在，都有量子化的物理特征，各有能級的存在，各有特定的能量吸收才可以發生躍遷。張各高中物理教師提出的自己的觀點，歡迎指正）1926年M.玻恩提出概率波解釋，較好地解決了這個問題。按照概率波解釋，描述粒子波動性所用的波函數Ψ(x、y、z、t)是概率波，而不是什么具體的物質波；波函數的絕對值的平方

|ψ|2=ψ*ψ表示時刻t在x、y、z處出現的粒子的概率密度，ψ*表示ψ 的共軛波函數。在電子通過雙孔的干涉實驗中，|ψ|2=|ψ1+ψ2|2=|ψ1|2+|ψ2|2+ψ1*ψ2+ψ1ψ2*，強度|ψ|2大的地方出現粒子的概率大，相應的粒子數多，強度弱的地方，|ψ|2小，出現粒子的概率小，相應的粒子數少，ψ1*ψ2+ψ1ψ2*正是反映干涉效應的項，不管實驗是在粒子流強度大的條件下做的，還是粒子流很弱，讓粒子一個一個地射入，多次重復實驗，兩者所得的干涉條紋結果是相同的。

在粒子流很弱、粒子一個一個地射入多次重復實驗中顯示的干涉效應表明，微觀粒子的波動性不是大量粒子聚集的性質，單個粒子即具有波動性。于是，一方面粒子是不可分割的，另一方面在雙孔實驗中雙孔又是同時起作用的，因此，對于微觀粒子談論它的運動軌道是沒有意義的。由于微觀粒子具有波粒二象性，微觀粒子所遵從的運動規律不同于宏觀物體的運動規律，描述微觀粒子運動規律的量子力學也就不同于描述宏觀物體運動規律的經典力學。

目前，人們對于物質波的本質，即它究竟有粒子的何種性質的擾動產生的，沒有象經典的機械波或電磁波那樣了解得具體。有待于對微觀內部結構作進一步深入研究的基礎上再來加深探索。不過，說電子等的運動有波性，決不能理解為一個電子象波那樣分布于一個一定大小的空間區域，或理解為電子在空間的振動。目前，只能把它理解為電子運動時，它在空間不同區域出現的幾率是由其波動性所控制的。此外，當我們說到電子等實物微粒具有粒子性時，也要注意到在某種條件下，它的運動規律是無法用經典力學規律來解釋的。例如，從經典力學的“質點”觀點看來，電子（即可以是大量的，也可近乎獨立發射的）在同樣條

件下，通過晶體應該到達照相底片上的同一點，而不應該有衍射現象。這就是說，在這些條件下電子是沒有確定的軌道的，并不遵循牛頓力學定律，只表現有一定的與波的強度成正比的幾率分布規律。這就是由“不確定關系”所精確地表達的。

目前還無實驗顯明單一粒子無波動性，即便某一理論證明波是大量粒子的統計分布，也無法否定單一粒子波動性，因為這在邏輯上是講不通的，也無法說明大量粒子的統計分布中波的真正來源。

對單一粒子，比如氫原子，其核外電子亦是沒有確定的軌道的，怎能說單一的電子沒有波動性呢？其實，正是電子自身的波動性決定了其幾率分布！

再有，如果說單一粒子無波動性，那么從質能關系上看，作為表征運動的能量概念，粒子的能量E=MC2中的能量是什么呢？它反映了什么運動呢？其所確切對應的Ｅ＝ｈν中ν的是什么含義呢？

還有，實驗表明，一個粒子自身也可以產生干涉，單個“電子實體”如何通

過雙縫？難道一個粒子同時可以通過兩個縫？幾率波是數學波，而電子波有真實的物理作用，數學波與物理實在的關系如何處理？

毫不奇怪，一個粒子同樣具有“波粒二相性”--物質是運動的，沒有不運動的物質，因此運動是物質的根本屬性；而該屬性在微觀狀態上必定表現為波動性。一個粒子表現為一條穿越時空的河，同時進入兩個狹縫是必須的。不要把一個粒子想象為一個雞蛋，粒子是一個電磁場的存在形式，電磁震蕩是它的存在方式而這種粒子性是震蕩中的一個態，通過狹逢的是另一個態，那個態是電磁波能的態，是粒子的質量轉化為電磁波能的態，而波能態是可以同時繞過兩個狹縫的。光的波粒二象性

狀態。波函數具有疊加性，即，它們能夠像波一樣互相干涉和衍射。同時，波函數也被解釋為描述粒子出現在特定位置的幾率幅。這樣，粒子性和波動性就統一在同一個解釋中。

之所以在日常生活中觀察不到物體的波動性，是因為他們的質量太大，導致特征波長比可觀察的限度要小很多，因此可能發生波動性質的尺度在日常生活經驗范圍之外。這也是為什么經典力學能夠令人滿意地解釋“自然現象”。反之，對于基本粒子來說，它們的質量和尺度決定了它們的行為主要是由量子力學所描述的，因而與我們所習慣的圖景相差甚遠。德布羅意假設

愛因斯坦提出光的粒子性后，路易·維克多·德布羅意做了逆向思考，他在論文中寫到：19世紀以來，只注重了光的波動性的研究，而忽略了粒子性的研究，在實物粒子的研究方面，是否犯了相反的錯誤呢？1924年，他又注意到原子中電子的穩定運動需要引入整數來描寫，與物理學中其他涉及整數的現象如干涉和振動簡正模式之間的類似性，由此構造了德布羅意假設，提出正如光具有波粒二象性一樣，實物粒子也具有波粒二象性。他將這個波長λ和動量p聯系為：λ=h/p=h/mv

m：質量 v：速度 h：普朗克常數

這是對愛因斯坦等式的一般化，因為光子的動量為p = E / c（c為真空中的光速），而λ = c / ν。

德布羅意的方程三年后通過兩個獨立的電子散射實驗被證實。在貝爾實驗室Clinton Joseph Davisson和Lester Halbert Germer以低速電子束射向鎳單晶獲得電子經單晶衍射，測得電子的波長與德布羅意公式一致。在阿伯丁大學，G·P湯姆孫以高速電子穿過多晶金屬箔獲得類似X射線在多晶上產生的衍射花紋，確鑿證實了電子的波動性；以后又有其他實驗觀測到氦原子、氫分子以及中子的衍射現象，微觀粒子的波動性已被廣泛地證實。根據微觀粒子波動性發展起來的電子顯微鏡、電子衍射技術和中子衍射技術已成為探測物質微觀結構和晶體結構分析的有力手段。

德布羅意于1929年因為這個假設獲得了諾貝爾物理學獎。湯姆孫和戴維遜因為他們的實驗工作共享了1937年諾貝爾物理學獎。

第三篇：光的波粒二象性教案

光的波粒二象性 教案示例

一、教學目標

1．知識目標

（1）了解微粒說的基本觀點及對光學現象的解釋和所遇到的問題．

（2）了解波動說的基本觀點及對光學現象的解釋和所遇到的問題．

（3）了解事物的連續性與分立性是相對的，了解光既有波動性，又有粒子性．

（4）了解光是一種概率波．

2．能力目標

培養學生對問題的分析和解決能力，初步建立光與實物粒子的波粒二象性以及用概率描述粒子運動的觀念．

3．情感目標

理解人類對光的本性的認識和研究經歷了一個十分漫長的過程，這一過程也是辯證發展的過程．根據事實建立學說，發展學說，或是決定學說的取舍，發現新的事實，再建立新的學說．人類就是這樣通過光的行為，經過分析和研究，逐漸認識光的本性的．

二、重點、難點分析

1、這一章的內容，貫穿一條主線——人類對光的本性的認識的發展過程．結合各節內容，適當穿插物理學史材料是必要的．這種做法不但可使課堂教學主動活潑，內容豐富，還可以對學生進行唯物辯證思想教育．本節就課本內容，十分簡單，學生學起來十分枯燥．課本所提到的內容，都是結論性的，加入一些史料不僅可能而且必要．

2、本節中學生初步接觸量子化、二象性、概率波等概念，由于沒有直接的生活經驗，所以在教學中要重點讓學生體會這些概念．

三、主要教學過程

光學現象是與人類的生產和日常生活密切相關的．人類在對光學現象、規律的研究的同時，也開始了對光本性的探究．

到了17世紀，人類對光的本性的認識逐漸形成了兩種學說．

（一）光的微粒說

一般，人們都認為牛頓是微粒說的代表，牛頓于1675年曾提出：“光是一群難以想象的細微而迅速運動的大小不同的粒子”，這些粒子被發光體“一個接一個地發射出來”．用這樣的觀點，解釋光的直進性、影的形成等現象是十分方便的．

在解釋光的反射和折射現象時，同樣十分簡便．當光射到兩種介質的界面時，要發生反射和折射．在解釋反射現象時，只要假設光的微粒在與介質作用時，其相互作用，使微粒的速度的豎直分量方向變化，但大小不變；水平分量的大小和方向均不發生變化（因為在這一方向上沒有相互作用），就可以準確地得出光在反射時，反射角等于入射角這一與實驗事實吻合的結論．

說到折射，笛卡兒曾用類似的假設，成功地得出了入射角正弦與折射角正弦之比為一常數的結論．但當光從光疏介質射向光密介質時，發生的是近法線折射，即入射角大，折射角小．這時，必須假設光在光密介質的傳播速度較光在光疏介質中的傳播速度大才行．

一束光入射到兩種介質界面時，既有反射，又有折射．何種情況發生反射，何種情況下又發生折射呢？微粒說在解釋這一點時遇到了很大的困難．為此，牛頓提出了著名的“猝發理論”．他提出：“每一條光線在通過任何折射面時，便處于某種為時短暫的過渡性結構和狀態之中．在光線的前進過程中，這種狀態每隔相等的間隔（等時或等距）內就復發一次，并使光線在它每一次復發時，容易透過下一個折射面，而在它（相繼）兩次復發之間容易被這個面所反射”，“我將把任何一條光線返回到傾向于反射（的狀態）稱它為‘容易反射的猝發’，而把它返回到傾向于透射（的狀態）稱它為‘容易透射的猝發’，并且把每一次返回和下一次返回之間所經過的距離稱它為‘猝發的間隔’”．如果說“猝發理論”還能解釋反射和折射的話，那么，以微粒說解釋兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播這一常見的現象，微粒說則完全無能為力了．

（二）光的波動說

關于光的本性，當時還存在另一種觀點，即光的波動說．認為光是某種振動，以波的形式向四周圍傳播．其代表人物是荷蘭物理學家惠更斯．他認為，光是由發光體的微小粒子的振動在彌漫于一切地方的“以太”介質中傳播過程，而不是像微粒說所設想的像子彈和箭那樣的運動．他指出：“假如注意到光線向各個方向以極高的速度傳播，以及光線從不同的地點甚至是完全相反的地方發出時，光射線在傳播中一條光線穿過另一條光線而相互毫不影響，就能完全明白這一點：當我們看到發光的物體時，決不可能是由于從它所發生的物質，像穿過空氣的子彈和箭一樣，通過物質遷移所引起的”．他把光比作在水面上投入石塊時產生的同心圓狀波紋．發光體中的每一個微粒把振動，通過“以太”這種介質向周圍傳播，發出一組組同心的球面波．波面上的每一點，又可以此點為中心，再向外傳播子波．當然，這樣的觀點解釋同時發生反射和折射，比微粒說的“猝發理論”方便得多，以水波為例，水波在傳播時，反射與折射可以同時發生．一列水波在與另一列水波相遇時，可以毫無影響的相互通過．

惠更斯用波動說還解釋了光的反射和折射．但他在解釋光自光疏介質射向光密介質的近法線折射時，需假設光在光密介質中的傳播速度較小．現代光速的測定表明，波動說在解釋折射時依據的假設是正確的：光在光密介質中傳播時光速較小．但在17世紀時，光速的測量尚在起步階段，誰是誰非，沒有定論．

當然，光的波動說在解釋光的直進性和何以能在傳播時，會在不透明物體后留下清晰的影子等問題也遇到困難．

可見，光的微粒說和波動說在解釋光學現象時，都各有成功的一面，但都不能完滿地解釋當時所了解的各種光學現象．

在其后的100多年中，主要由于牛頓的崇高地位及聲望，因而微粒說一直占主導地位，波動說發展很緩慢．人類對光本性的認識，還期待新的現象的發現．直到19世紀初，人們發現了光的干涉現象，進一步研究了光的衍射現象．干涉和衍射是波動的重要特征，從而光的波動說得到迅速發展．人類對光的本性的認識達到一個新的階段．

（三）牛頓理論中的波動性思想

作為一代物理學大師的牛頓，是提倡了微粒說，但他卻并不排斥波動說．他根據他所做過的大量實驗和縝密的思考，提出了不少卓越的、富有啟發性的思想．在關于顏色的見解上，他提出“不同種類的光線，是否引起不同大小的振動，并按其大小而激起不同的顏色感覺，正像空氣的振動按其大小而激起不同的聲音感覺一樣？而且是否特別是那些最易折射的光線激起最短的振動以造成深紫色的感覺，最不易折射的光線激起最長的振動，以造成深紅色的感覺，而介于兩者之間的各種光線激起各種中間大小的振動而造成中間顏色的感覺？”

他同時還提出：“扔一塊石頭到平靜的水面中，由此激起的水波將在石頭落水的地方持續一段時間，并從這里以同心圓的形式在水面上向遠處傳播．空氣用力撞擊所激起的振動和顫動也將持續少許時間，并從撞擊處以同心球的形式傳播到遠方，與此相似，當光線射到任何透明體的表面并在那里折射或反射時，是不是因此就要在反射或折射介質中入射點的地方，激起振動和顫動的波，而且這種振動總能在那里發生并從那里傳播出去．”

在解釋光現象中，牛頓還多次提出了周期性的概念．而具有周期性，也是波動的一個重要特征．提出波動說的惠更斯卻否認振動或波動的周期性．因此，對牛頓來說，在他的微粒說理論中包含有波動說的合理因素．究竟誰是誰非，牛頓認為“我只是對尚待發現的光和它對自然結構的那些效果開始作了一些分析，對它作了幾點提示，而把這些提示留待那些好奇的人們進一步去用實驗和觀察來加以證明和改進．”牛頓的嚴謹，兼收并蓄的科學態度是值得我們學習的，恐怕這也是他成為物理學大師的原因之一．

（四）理解光的波粒二象性

1、動畫（參考媒體資料中的動畫“光的波粒二象性”）：當我們用很弱的光做雙縫干涉實驗時，將感光膠片放在屏的位置上，會看到什么樣的照片呢？為什么會有這種現象？

分析圖片：

結論：

1、左側圖片清晰的顯示了光的粒子性．

2、光子落在某些條形區域內的可能性較大（對于波的干涉即為干涉加強區），說明光子在空間各點出現的可能性的大小可以用波動規律進行解釋．

得出：光波是一種概率波，概率表征某一事物出現的可能性．

2、讓學生回憶在研究分子熱運動時做過的伽爾頓板實驗：

教師總結：伽爾頓板實驗中，單個小球下落的位置是不確定的,但是它落在中間狹槽的可能性要大一些，即小球落在中間的概率較大．

3、思考與討論：

（書中的思考）根據你的理解，說明概率的意義，舉出幾個日常生活中的或科學中的事例，說明哪些事件是個別出現時看不出什么規律，而大量出現時則顯示出一定的規律性．

教師總結：

生活中，涉及概率統計的事件很多，例如：在研究分子熱運動時，研究單個分子的運動是毫無意義的，需要研究的是大量分子整體表現出來的規律，這叫做統計規律．

4、讓我們換一個角度思考——仍然考慮雙縫干涉實驗

當光源和感光膠片之間不可能同時有兩個和多個光子時，長時間曝光得到的照片仍然和光源很強、曝光時間較短時一樣，則光的波動性不是光子之間的相互作用引起的．

結論：波動性是光子本身的一種屬性

（五）方法總結

光既表現出波動性，又表現出粒子性，由于微觀世界的某些屬性與宏觀世界不同，而我們的經驗僅局限于宏觀物體的運動．在生活中找不到一個既具有粒子性、又具有波動性的物理模型幫助我們研究光子的規律．

隨著人類認識的范圍不斷擴大，不可能直接感知的事物出現在我們的眼前，需要我們建立新的模型，提出新的理論來進行研究，對于一種模型，只要能與實驗結果一致，它就能在一定范圍內表示所研究對象的規律．

四、例題分析（參考備課資料中的典型例題）

五、教學說明

人類對自然的探索精神，是激勵學生學習的動力．自本節起，其后的物理各章節中，包含了大量的物理學史內容．充分利用這些寶貴資料，恰當結合教材內容，既能充分激發學生學習興趣，又可以自然地對學生進行辯證唯物主義思想教育，以利于對學生的科學素質和創造性精神的培養．

典型例題

例1光的_________和___________現象說明光具有波動性，__________現象說明光具有粒子性．我們無法只用其中一種觀點說明光的一切行為，因而認為光具有__________性．

答案：干涉，衍射，光電效應，波粒二象

例2根據光與水波的類比，試解釋在淺海灘邊，不論海中波浪向什么方向傳播，當到達岸邊時為什么總是沿著大約垂直于岸的方向傳來？提示：波在淺水中傳播時，水越淺，波速越小．

分析：因為光從光疏介質向光密介質傳播時，光的傳播速度減小，折射角小于入射角，折射線向法線靠攏．如果光在折射率逐漸遞增的連續介質中傳播，可以設想把連續介質分成許多薄層，光從折射率較小的薄層逐漸進入折射率較大的薄層時，折射線會越來越向法線靠攏，最終趨向于接近法線的方向．

從深處向海灘邊傳播的水波，波速也逐漸減小，根據與光的類比，仿佛進入折射率逐漸增大的介質，所以它的傳播方向跟垂直海岸的方向線之間的夾角也逐漸減小，最終必將沿著大約垂直海岸的方向傳來，并且，這個結果與海浪向什么方向傳播無關．

水波與光波的類比可用圖表示．

討論：惠更斯通過光波與水波等類比提出光的波動說時，由于當時還無法深刻認識到光的本性，從類比得一個錯誤的結論，認為光跟聲波一樣是縱波．這樣，也就無法用波動說解釋橫波所特有的偏振等光現象．因此，在當年關于光的本性的論戰中顯得被動，再加上牛頓在科學界的崇高威望，很長一段時期中微粒說處于主導地位．

例3光既具有波動性，又具有粒子性。大量光子表現出的_________強，少量光子表現出的________強；頻率高的光子表現出的_________強，頻率低的光子表現出的_________強．

答案：波動性，粒子性，粒子性，波動性

第四篇：06波粒二象性讀書提綱答案

《波粒二象性》讀書提綱答案

1、一般材料的物體輻射電磁波與哪些因數有關？黑體呢？

2、畫出黑體輻射輻射強度隨著溫度變化關系圖，并用語言說說隨著溫度升高輻射的兩條特點。

3、簡述普朗克的量子論。

4、波特有的現象有哪些？

5、誰最先發現光電效應現象？誰研究了光電效應現象？

6、光電效應的四條實驗規律是什么？

7、愛因斯坦對光電效應的解釋是什么？

8、什么叫康普頓效應？康普頓效應能說明什么問題？實驗的現象是散射光的波長會發生怎樣的變化？如何解釋？

9、哪些現象能說明光具有粒子性？

10、以光的雙縫干涉為例說說光是概率波的原因？

11、誰最先提出一切實物粒子都具有波粒二象性？物質波的波長如何計算？什么實驗能說明實物粒子具有波動性。

12、列舉湯姆孫父子的貢獻。

13、光學顯微鏡分辨率的受到什么限制而無法提高？

14、現在較為先進的顯微鏡是什么顯微鏡？如何提高分辨率的？

15、寫出愛因斯坦光電方程，并說說各個物理量的含義，并畫出圖像。

16、按照頻率減小的順序寫出電磁波譜。并寫出各個波段產生機理，和主要特點及應用。

17、列舉密立根的貢獻。

18、在什么情況下光表現出很強的粒子性，在什么情況下光表現出很強的波動性？

19、在微觀物理學中可否用軌跡來描述粒子的運動？為什么？

20、聯系宏觀和微觀的橋梁是什么？聯系波動性和粒子性的橋梁是？

《波粒二象性》讀書提綱答案

1、一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關外還與材料的種類及表面情況有關。

黑體輻射只與溫度有關。

2、見3-5課本P28，隨著溫度的升高，各種波長的輻射都增強，峰值向波長較短的方向移動。

3、普朗克認為電磁波的發射和接收時是一份一份不連續的能量子：E=hν其中E為能量子

h為普朗克常量ν為電磁波的頻率。

4、波特有的現象有：干涉、衍射、多普勒效應等。

5、赫茲在研究電磁波的發射與接收時最早發現光電效應現象。P.勒納德 J.J.湯姆孫研究了

光電效應規律。

－

6、光電效應的四條規律是（1）存在極限頻率（2）瞬時性，時間小于109s（3）存在反向

遏止電壓且只與入射光的頻率有關（4）存在飽和電流

7、（1）選擇性吸收：只吸收頻率符合條件的光子，所以存在極限頻率（無法通過積累來

實現）（2）一對一，即一個電子只吸收一個光子形成光電子，所以具有瞬時性（無法通過積累來實現）；也是具有飽和電流的根本原因，受到入射光子數目的限制（3）愛因斯坦光電方程EK=hν－W0且Ue=EK（W0為該金屬的逸出功；U為反向遏止電壓；EK最大初動能）所以Ue= hν－W0所以反向遏止電壓唯一地取決于入射光的頻率而與該頻率入射光的強弱無關。（圖見3-5課本P31的17.2-3）

8、散射光的波長變長的現象稱為康普頓效應，康普頓效應說明光子具有能量也具有動量。

9、光電效應和康普頓效應都能說明光子具有粒子性。

10、圖見3-5課本P41圖17.4-2，少數光子的運動表現出粒子性隨機性；大量光子的運動表

現為波動性，明條紋處說明光子到達的幾率多一些，暗條紋處說明光子到達的幾率低一些。所以說光是概率波。

11、德布羅意最先提出物質波的概念，從而說明實物粒子和光子一樣具有波粒二象性。λ=h/p.電子的衍射實驗說明實物粒子具有波動性。

12、J.J.湯姆孫（父）研究光的效應規律，發現電子為原子的組成部分，打破了原子不可再分的神話；G.P.湯姆孫（子）電子束的衍射實驗，證明運動的實物粒子具有波動性。

13、衍射現象。

14、電子顯微鏡，減小波長從而減小入射光的衍射現象。

15、愛因斯坦光電方程EK=hν－W0（W0為該金屬的逸出功EK最大

初動能；ν入射光的頻率）圖像為傾斜直線，斜率為普朗克常量，－W橫軸截距為極限頻率，縱軸截距為逸出功的相反數。

16、γ射線（原子核能級躍遷產生的，示蹤原子，光刀）、X射線（原子內層電子受到激發產生的，拍片、透視）、紫外線（原子外層電子受到激發產生的，具有顯著的熒光效應、殺滅細菌）、可見光（原子外層電子受到激發產生的）、紅外線（原子外層電子受到激發產生的，具有顯著的熱效應）、電磁波（振蕩電路產生的）。

17、油滴實驗，較為精確的測定了電子的帶電量，說明帶體的帶電量總是元電荷的整數倍，說明電量也是量子化的。較為精確的測定普朗克常量，驗證了光電方程的正確性。

18、碰撞時（如光電效應、康普頓效應）、少量光子、頻率較高的光子表現為粒子性；傳播時、大量光子、頻率較低的光子表現為波動性。

19、不能，不確定關系（見3-5課本P43）

20、聯系宏觀和微觀的橋梁是阿伏伽德羅常數；聯系波動性和粒子性的橋梁是普朗克常量。

第五篇：高三物理教案——《光的波粒二象性》

交流教案

會員交流資料

光的波粒二象性

教學目標

1．知識目標

1)了解事物的連續性與分立性是相對的.2)了解光既具有波動性,又具有粒子性.3)也解光是一種概率波.2．能力目標。

結合數學知識理解物理原理的綜合遷移能力.3.德育目標

結合物理學史使學生了解到科學理論的建立過程,滲透科學研究方法的教育.重點難點分析：

光的一種概率波是重點；理解光子的波動規律是難點。教學設計思路：

引導學生認識概率的概念.光波和機械波在本質上完全不同.決定光子在空間不同位置出現概率的規律表現為波的規律,我們在這種意義上說光是一種波.在課本圖22—3的實驗中，光子在和感光膠片作用時的表現和通常的粒子一樣，在通過狹縫時卻和我們印象中的波一樣，這點是很不容易接受的．但是，要說明，實驗是檢驗真理的唯一標準，人的直接經驗十分有限，在這種情況下我們就要設想一種模型，盡管以日常經驗來衡量，這個模型的行為十分古怪，但是只要能與實驗結果一致，它就能夠在一定范圍內正確代表所研究的對象．

本節的閱讀材料《康普頓效應》和上節的閱讀材料《熱輻射和普朗克的量子說》對于理解量子化、波粒二象性等概念都有幫助，指導學生認真閱讀． 教學媒體: 課件 教學過程：

（一）引入新課

光的本質是什么?有誰能夠講一講你在這方面所了解到的內容?

確實，對光的本質的認識，在物理學發展史上有著曲折的過程，而且有過激烈的爭論．爭論的焦點為——光到底是粒子還是波．而且都試圖把光的本性歸結到自己的觀點之中，但事實未能使人們如愿．

光的干涉、衍射雄辯地說明光是一種波，光電效應等現象又無可非議地說明光是粒子(當然這里的波已不再是惠更斯提出的在“以太”中傳播的彈性脈動波，而這里的粒子也不再是牛頓微粒說中的彈性粒子，而是光子)，最終人們不得不承認，光既有波動性又有粒子性，即光具有波粒二象性這樣一個事實．

（二）新課活動

一、光是一種波，同時也是一種粒子，光具有波粒二象性．

為了更好地說明光具有波粒二象性，讓我們循著前人的足跡來回顧一下有關

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交流教案

會員交流資料的實驗．

介紹實驗：用微弱的光照射雙縫，并使光通過雙縫到達光屏(感光膠片)，在照射時間不。太長的情況下，膠片上的點跡是隨機、散落而且是毫無規律的．這個事實說明了光是“一份一份”的粒子．

1、光是粒子(光子)．

對于隨機散落的光子，隨著照射時間的延長，膠片上的痕跡表現出光在某個區域落腳的可能性較大，而在另一些區域分布較少的規律性分布。該分布的情況恰好與用強光照射(此時可認為光是連續的)形成干涉條紋的情況相吻合，這種規律性與波動的規律一致．所以我們說光是一種波．

2、光是一種波．

單個光子的隨機性與大量光子的規律性也體現了對事物認識的一個重要觀點，這就是：

3、分立性與連續性是相對的．

光子的行為服從統計規律．干涉加強處表示光子到達的數目多，從統計的觀點來看就是光子在該處出現的概率大，干涉減弱處表示光子到達的數目少，也就是光子在該處出現的概率小．這種概率的大小服從波動規律，因此我們把光波叫做概率波．光子在空間各點出現的可能性大小（概率）可以用波動規律來描述。

引導學生談對概率的理解。

4、光是一種概率波。

從經典物理學的角度上講，波動應該是質點間相互作用的結果．在這里，光子具有波動性就應該是光子與光子作用的結果．但人們發現在上述雙縫實驗中，假使光很弱，弱到光子一個一個地射向膠片(這時排除了光子間有相互作用)，在照射時間足夠長時，底片上最終還是形成了干涉圖樣，這說明波動性不是由于光子間相互作用引起的，而是單個光子的固有屬性． 更有趣的是，盡管讓光子一個一個地通過狹縫，如果擋住一個縫，干涉條紋不再出現，好像一個獨立運動的光子能“知道”另一個狹縫的存在似的．這一點似乎讓人不可思議，其實這也說明波動性恰是光子的固有特性。

二、建立模型是科學研究的需要.模型的正確與否要看其能否正確反映研究對象的客觀規律．

閱讀教材第49頁最后兩段．

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這部分內容告訴我們，對微觀領域不能抱著宏觀的、固有的模式去理解，而應建立一個全新的模型．只要該模型能正確地代表研究對象，很好地解釋其現象和規律，則可承認其正確性．光的波粒二象性正是這樣一個“古怪”而被事實證明是正確的模型．

（三）小結

i.微粒性與波動性的相互聯系與滲透。ii.波動性與微粒性互相轉化。iii.用概率的思想理解光波。

（四）鞏固練習

1、對于光的波粒二象性的說法中，正確的是()

A．一束傳播的光，有的光是波，有的光是粒子

B．光子與電子是同樣一種粒子，光波與機械波同樣是一種波

巳光的波動性是由于光子間的相互作用而形成的

D．光是一種波，同時也是一種粒子．光子說并未否定電磁說，在光子能量E=hν中，頻率，ν仍表示的是波的特性

2、用功率Po=1W的光源，照射寓光源r=1m處的某塊金屬薄片．已知光源發出的波長λ=600nm的單色光，試計算：

(1)每單位時間內打到金屬板／m2面積上的光子數．

(2)若取該金屬原子半徑r1=0.5×10-10m，則金屬表面上每個原子平均需要用多少時間才能接收到一個光子?

（五）布置作業

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