第一篇：高中物理知识点总结：光的波粒二象性
一.教学内容：光的波粒二象性 ［学习过程］
一.能说明光具有波动性的实验光的干涉及衍射实验 1.光的干涉及衍射
产生条件 典型实验 图样特点
干涉 相干光源（f相同）双缝干涉 等宽明暗相间的条纹
衍射 障碍物或小孔的尺寸 单缝、圆孔、越窄，衍射明显 不等宽
跟光波波长差不多 圆盘 中央亮而宽，边缘暗而窄
a.干涉条纹间距
△x：两个相邻的亮（暗）条纹间距 b.明暗条纹分布规律： 光程差δ＝r2－r1 中央 第一级 第二级
亮纹 δ＝nλ 振动加强 n＝0 n＝1 n＝2
增透膜：
λ：绿光在增透膜中的波长
注：①对光的衍射条纹，缝越窄，衍射现象明显，衍射条纹间距越大。缝宽一定时，波长越长的光，衍射现象明显。
②白光的衍射条纹：中央白条纹，两边彩色条纹，红光在外侧。白光的干涉条纹：中央白条纹，两边彩色条纹，红光在外侧。
4.光的偏振
（1）偏振光的产生方式：①自然光通过起偏器：通过两个轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变偏振光，叫起偏器。第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器。其次，偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特性，即存在一个偏振化方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了。②自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直。
（2）偏振光的理论意义和应用：①理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波。光的偏振现象说明光波是横波。②应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等等。二.光的粒子性（光电效应B类要求）1.光电效应
（1）在光的照射下从物体表面发射电子的现象叫光电效应。发射出的电子叫光电子。（2）演示实验
2.光电效应的规律
（1）瞬时性10-9S，从光照到发射电子几乎是同时的（2）任何金属存在一个极限频率，只有v入射>v极限发生
（3）逸出光电子的最大初动能与入射光强度无关，只随ν入射增大而增大（4）在入射光强度不变时，入射光强增加，光电流增大，饱和光电流与入射光强度成正比。I饱和光电流与λ入射光强度成正比
不加电压，少量光电子到阳极，光电流小。加电压，较多光电子到阳极，光电流大。电压大到一定程度，光电流就不再增大，达到饱和光电流。入射光强度：单位时间单位面积入射光的能量。E＝nhv，v不变，增大光强，光子数变大。
3.爱因斯坦光子说：光是由一个个光子构成，每个光子能量：E＝hv，h：普朗克常量。
v0不同
v不变时，增大I入射，光子数增多，光电子数越多，光电流大 4.光的波粒二象性
解析：知P点与S1和S2的距离之差，由出现明暗条纹的条件可判断是亮条纹或暗条纹。
由此可知，B光在空气中波长 由光程差δ和波长λ的关系：
可见，用B光做光源，P点为亮条纹。
例2.劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图2甲所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图乙所示。干涉条纹有如下特点：（1）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相邻明条纹和暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图甲装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹（）
A.变疏 B.变密 C.不变 D.消失
（2003年上海高考试题）
解析：因为相邻两个明纹位置的空气膜高度差和夹角的关系为： △h＝l为相邻明纹的距离）∴变疏，选A 答案：A 规律总结：抓住本题所给的条件是任意相邻明纹对应的薄膜高度差不变。弄清条纹间距的决定因素。
例3.某金属在一束黄光照射下，恰好能有电子逸出（即用频率小于这种黄光的光线照射就不可能有电子逸出）。在下述情况下，逸出电子的多少和电子的最大初动能会发生什么变化？
（1）增大光强而不改变光的频率；（2）用一束强度更大的红光代替黄光；（3）用强度相同的紫光代替黄光。
解析：“正好有电子逸出”，说明此种黄光的频率恰为该种金属的极限频率。（1）增大光强而不改变光的频率，意味着单位时间内入射光子数增多而每个光子能量不变，根据爱因斯坦光电效应方程，逸出的光电子最大初动能不变，但光电子数目增大。
（2）用一束强度更大的红光代替黄光，红光光子的频率小于该金属的极限频率，所以无光电子逸出。
（3）用强度相同的紫光代替黄光，因为一个紫光光子的能量大于一个黄光光子的能量，而强度相同，因而单位时间内射向金属的紫光光子数将比原来少。因此，逸出的电子数将减少，但据爱因斯坦光电效应方程，光电子的最大初动能将增大。例4.如图3所示，阴极K用极限波长λ0＝0.66μm的金属铯制成，用波长λ＝0.50μm的绿光照射阴极K，调整两个极板电压，当A板电压比阴极高出2.5V时，光电流达到饱和，电流表示数为0.64μA，求：
（1）每秒钟阴极发射的光电子数和光电子飞出阴极时的最大初动能。（2）如果把照射阴极绿光的强度增大到原来的2倍，每秒钟阴极发射出的光电子数和飞出光电子的最大初动能。
解析：（1）当阴极发射的光电子全部到达阳极时，光电流达到饱和，由电流可求出每秒到达阳极的电子数，即为发射出的电子数，由爱因斯坦光电效应方程可算出最大初动能。
（2）光强加倍，发射的光电子数加倍，但入射光频率不变，光电子的最大初动能不变。
（2）光电子数n’＝2n＝8.0×1012（个）
解析：
；（2）个
小结：本题说明伦琴射线的产生方法。【模拟试题】
1.如图所示，两束不同的单色光，A和B，分别沿半径射入截面为半圆形玻璃砖中后，都由圆心O沿OP方向射出，下列说法中正确的是（）
A.在玻璃中B光传播的速度较大 B.A光的光子能量较小
C.若分别用这两种单色光做双缝干涉实验，且保持其他实验条件不变，则A光在屏上形成的明暗条纹的宽度较小
D.若用B光照射某金属板能产生光电效应，则用A光照射该金属板也一定能产生光电效应
2.如图所示，一束复色光射到玻璃三棱镜AB面上，从三棱镜的AC面折出的光线分成a、b两束，如下图所示。有下列几个结论（）
①a光的光子能量比b光的光子能量大
②光a、b射到同一金属表面时，若光a能发生光电效应，那么光b也一定能发生光电效应
③光从棱镜内射出时，a光的临界角大于b光的临界角 ④在此玻璃三棱镜中a光的光速比b光的光速小 A.①④ B.②③ C.①③ D.②④
3.a、b二束平行细光束垂直射入直角三棱镜的AB面，对应的折射光线为a’、b’，a’、b’有发散的趋势，比较a、b二束光，下列说法正确的是（）
A.光束a在棱镜中的传播速度快
B.若b光束能使某一金属产生光电效应，则a光束同样能使该金属产生光电效应
C.在完全相同的条件下做双缝干涉实验a光对应的干涉条纹较宽
D.在其它条件不变的情况下，当顶角A增大时，一定是折射光束b’先消失 4.双缝干涉实验装置如图所示，双缝间的距离为d，双缝到像屏的距离为L，调整实验装置使得像屏上可以见到清晰的干涉条纹。关于干涉条纹的情况，下列叙述正确的是（）
A.若将像屏向左平移一小段距离，屏上的干涉条纹将变得不清晰 B.若将像屏向右平移一小段距离，屏上仍有清晰的干涉条纹 C.若将双缝间的距离d减小，像屏上的两个相邻明条纹间的距离变小 D.若将双缝间的距离d减小，像屏上的两个相邻暗条纹间的距离不变 5.如图所示，（a）表示单缝，（b）表示双缝，用某单色光分别照射竖直放置的单缝和双缝，在缝后较远位置竖直放置的光屏上可以观察到明暗相间的条纹（图中阴影表示明条纹），如图（c）、（d）所示。下列关于缝和条纹间关系的说法中正确的是（）
A.图（c）表示单缝衍射条纹，图（d）表示双缝干涉条纹 B.单缝S越宽，越容易观察到对应的明暗条纹 C.双缝间距离越小，对应条纹间距越大
D.照射双缝的单色光波长越小，对应条纹间距越大
6.如下图甲所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单一波长的光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到如图乙所示的同心内疏外密的圆环状干状条纹，称为牛顿环，以下说法正确的是（）
A.干涉现象是由于凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的 B.干涉现象是由于凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的 C.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度不是均匀变化的 D.干涉条纹不等间距是因为空气膜厚度是均匀变化的
7.尖劈干涉是一种薄膜干涉，其装置如图a所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜。当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图b所示，干涉条纹有如下特点：（1）任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄膜厚度相等；（2）任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在图1装置中抽出一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上往下观察到的干涉条纹（）
A.变疏 B.变密 C.不变 D.消失
8.市场上有种灯具俗称“冷光灯”，用它照射物品时能使被照物品处产生热效应大大降低，从而广泛地应用于博物馆、商店等处。这种灯降低热效应的原因之一是在灯泡后面放置的反光镜玻璃表面上镀一层薄膜（例如氟化镁），这种膜能消除不镀膜时玻璃表面反射回来的热效应最显著的红外线。以λ表示此红外线的波长，则所镀薄膜的厚度最小应为（）
A.C.以及相邻两条亮纹间距。若所用激光波长为，则该实验确定物体运动速度的表达式是（）
A.D.，普朗克常量为
B.5.分别用波长为 和 D.A.光是电磁波 B.光是一种横波 C.光是一种纵波 D.光是概率波
7.如图，当电键K断开时，用光子能量为2.5eV的一束光照射阴极P，发现电流表读数不为零。合上电键，调节滑线变阻器，发现当电压表读数小于0.60V时，电流表读数仍不为零；当电压表读数大于或等于0.60V时，电流表读数为零，由此可知阴极材料的逸出功为（）
A.1.9eV B.0.6eV C.2.5eV D.3.1eV 8.下列说法正确的是（）
A.光的干涉和衍射说明光具有波动性 B.光的频率越大，波长越大 C.光的波长越大，光子的能量越大
D.光在真空中的传播速度为9.下列说法正确的是（）A.光波是一种概率波 B.光波是一种电磁波
C.单色光从光密介质进入光疏介质时，光子的能量改变 D.单色光从光密介质进入光疏介质时，光的波长不变 10.下面是四种与光有关的事实： ①用光导纤维传播信号
②用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度 ③一束白光通过三棱镜形成彩色光带 ④水面上的油膜呈现彩色 其中，与光的干涉有关的是（）A.①④ B.②④ C.①③ D.②③
11.我们经常可以看到，凡路边施工处总挂着红色的电灯，这除了红色光容易引起人的视觉注意以外，还有一个重要的原因，这一原因是红色光（）A.比其它色光更容易发生衍射 B.比其它可见光的光子能量大 C.比其它可见光更容易发生干涉 D.比其它可见光更容易发生光电效应
12.下列各种现象中不能说明光具有波动性的是（）A.光的偏振现象 B.光电效应现象 C.光的双缝干涉现象 D.光的衍射现象
13.如图是产生X射线的装置，叫做X射线管。图中的K是阴极，A是阳极，通电时由阴极发出的电子，打在阳极上，从阳极上激发出X射线（也称X光），设其中光子能量的最大值等于电子到达阳极时的动能。已知阴极与阳极之间电势差U、普朗克常量h、电子电荷量e和光速c，则（设电子初速为零）（）
A.高压电源的a端为正极 B.高压电源的a端为负极
C.射线管发出的X光的最长波长为
【试题答案】 光的波动性
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：关于微观粒子波粒二象性的讨论
关于微观粒子波粒二象性的讨论
关于光,现代读工科的人大致都知道光有波粒二象性;从量子物理中,不仅光,微观粒子都具有波粒二象性;宏观物质物质由微观粒子组成,也会表现出波粒二象性.一个名显的例子就是,物质大致都会辐射出一定频率的光谱,能过接收光谱可以分析物质.如军事上的红外追踪,夜视等技术.这从观念上是有点难以理解,活生生的人怎么就能波动了呢.但是理论上就是这样的.一般说来质量大的物质表现出强的粒子性,质量小的粒子表现出波动性.象光子这样的小质量,就是波动我典型,象宏观物质就是粒子的典型.微观粒子的波粒二象性不是同时能表现出来的,这就是不确定原理.这里量子物理我理论基础.玻尔认为不确定性原理是由于波粒二象性决定的;得布罗意说，任何物质都具有波的性质，同时具有粒子的性质，你不可能同时对这两种性质进行观察，你作为一个粒子来检测它时，会遗漏它作为波的性质；同样，你检验它波的性质，就会遗漏它粒子的特征。这和人的品格有多么相似呀.世界上大体上没有绝对的好人与坏人.人在一定的情况下是好人,在另外的情况下又是坏人.也就是说人既是好人又是坏人．在一个人某些情况下你只能看到他好的一面，在另外的情况下只能看到他坏的一面；或者在一些人看来，他是好的，另外的人则相反．但是事实上他确实是好人与坏人的混合体．这样的例子太多了，以至于所有人都能知道．说到这里，好象又有哲学的味道．
罗素看来对哲学作出了比较好的解释：＂哲学，就我对这个词的理解来说，乃是某种介乎神学与科学之间的东西。它和神学一样，包含着人类对于那些迄今仍为确切的知识所不能肯定的事物的思考；但是它又象科学一样是诉之于人类的理性而不是诉之于权威的，不管是传统的权威还是启示的权威。一切·确·切·的知识——我是这样主张的——都属于科学；一切涉及超乎确切知识之外的·教·条都属于神学。但是介乎神学与科学之间还有一片受到双方攻击的无人之域；这片无人之域就是哲学。＂
再回过头来看量子物理学，量子物理一定不是神学，那它是确切的知道吗．如果从量子力学的三大支柱来说，似乎是确切的．但是，就象量子物理简史中提到的，量子物理的解释就象上帝投骰子一样不确定，似乎没有确定．从这一方面来说，就是哲学．更有意思的是，根据量子物理，如果人们意识是想测量微观粒子的粒子性，它就表现出粒子性．如果人们意识是想测微观粒子的波动性，它就表现出波动性，这简直就是哲学．科学研究出来的竟是哲学问题．这说明了，就象罗素所理解的那样，量子力学其实还在发展之中．只能从物理现象上去解释，如果从理论上去解释，就要数学和物理学的共同进展了．电子的波动性和粒子性的统一
电子衍射的实验，无可争辩地证明了电子这种实物微粒的运动确实具有波动性，这种波动性和宏观的波有相似的地方，例如：都是实物或场的某种性质在空间和时间方面周期性的扰动的表现。究竟怎样把以连续分布于空间为特征的波动
性和以分立分布为特征的粒子性统一起来呢？波恩提出了较为合理的“统计解释”。
玻恩概率波
光和微观粒子的波粒二象性如何统一的问题是人类认识史上最令人困惑的问题，至今不能说问题已经完全解决（卢瑟福的α粒子散射实验证明物质的结构是核式的（这种模型被称为核式结构模型），原子如此，光子、电子、质子、大到天体都有自己的核心，都有绕核心运动的物质存在，每个核式结构体在运动中由于核式结构的特点，都做具有波动的直线运动，都有测不准的因素（不确定性原理）存在，都有量子化的物理特征，各有能级的存在，各有特定的能量吸收才可以发生跃迁。张各高中物理教师提出的自己的观点，欢迎指正）1926年M.玻恩提出概率波解释，较好地解决了这个问题。按照概率波解释，描述粒子波动性所用的波函数Ψ(x、y、z、t)是概率波，而不是什么具体的物质波；波函数的绝对值的平方
|ψ|2=ψ*ψ表示时刻t在x、y、z处出现的粒子的概率密度，ψ*表示ψ 的共轭波函数。在电子通过双孔的干涉实验中，|ψ|2=|ψ1+ψ2|2=|ψ1|2+|ψ2|2+ψ1*ψ2+ψ1ψ2*，强度|ψ|2大的地方出现粒子的概率大，相应的粒子数多，强度弱的地方，|ψ|2小，出现粒子的概率小，相应的粒子数少，ψ1*ψ2+ψ1ψ2*正是反映干涉效应的项，不管实验是在粒子流强度大的条件下做的，还是粒子流很弱，让粒子一个一个地射入，多次重复实验，两者所得的干涉条纹结果是相同的。
在粒子流很弱、粒子一个一个地射入多次重复实验中显示的干涉效应表明，微观粒子的波动性不是大量粒子聚集的性质，单个粒子即具有波动性。于是，一方面粒子是不可分割的，另一方面在双孔实验中双孔又是同时起作用的，因此，对于微观粒子谈论它的运动轨道是没有意义的。由于微观粒子具有波粒二象性，微观粒子所遵从的运动规律不同于宏观物体的运动规律，描述微观粒子运动规律的量子力学也就不同于描述宏观物体运动规律的经典力学。
目前，人们对于物质波的本质，即它究竟有粒子的何种性质的扰动产生的，没有象经典的机械波或电磁波那样了解得具体。有待于对微观内部结构作进一步深入研究的基础上再来加深探索。不过，说电子等的运动有波性，决不能理解为一个电子象波那样分布于一个一定大小的空间区域，或理解为电子在空间的振动。目前，只能把它理解为电子运动时，它在空间不同区域出现的几率是由其波动性所控制的。此外，当我们说到电子等实物微粒具有粒子性时，也要注意到在某种条件下，它的运动规律是无法用经典力学规律来解释的。例如，从经典力学的“质点”观点看来，电子（即可以是大量的，也可近乎独立发射的）在同样条
件下，通过晶体应该到达照相底片上的同一点，而不应该有衍射现象。这就是说，在这些条件下电子是没有确定的轨道的，并不遵循牛顿力学定律，只表现有一定的与波的强度成正比的几率分布规律。这就是由“不确定关系”所精确地表达的。
目前还无实验显明单一粒子无波动性，即便某一理论证明波是大量粒子的统计分布，也无法否定单一粒子波动性，因为这在逻辑上是讲不通的，也无法说明大量粒子的统计分布中波的真正来源。
对单一粒子，比如氢原子，其核外电子亦是没有确定的轨道的，怎能说单一的电子没有波动性呢？其实，正是电子自身的波动性决定了其几率分布！
再有，如果说单一粒子无波动性，那么从质能关系上看，作为表征运动的能量概念，粒子的能量E=MC2中的能量是什么呢？它反映了什么运动呢？其所确切对应的Ｅ＝ｈν中ν的是什么含义呢？
还有，实验表明，一个粒子自身也可以产生干涉，单个“电子实体”如何通
过双缝？难道一个粒子同时可以通过两个缝？几率波是数学波，而电子波有真实的物理作用，数学波与物理实在的关系如何处理？
毫不奇怪，一个粒子同样具有“波粒二相性”--物质是运动的，没有不运动的物质，因此运动是物质的根本属性；而该属性在微观状态上必定表现为波动性。一个粒子表现为一条穿越时空的河，同时进入两个狭缝是必须的。不要把一个粒子想象为一个鸡蛋，粒子是一个电磁场的存在形式，电磁震荡是它的存在方式而这种粒子性是震荡中的一个态，通过狭逢的是另一个态，那个态是电磁波能的态，是粒子的质量转化为电磁波能的态，而波能态是可以同时绕过两个狭缝的。光的波粒二象性
状态。波函数具有叠加性，即，它们能够像波一样互相干涉和衍射。同时，波函数也被解释为描述粒子出现在特定位置的几率幅。这样，粒子性和波动性就统一在同一个解释中。
之所以在日常生活中观察不到物体的波动性，是因为他们的质量太大，导致特征波长比可观察的限度要小很多，因此可能发生波动性质的尺度在日常生活经验范围之外。这也是为什么经典力学能够令人满意地解释“自然现象”。反之，对于基本粒子来说，它们的质量和尺度决定了它们的行为主要是由量子力学所描述的，因而与我们所习惯的图景相差甚远。德布罗意假设
爱因斯坦提出光的粒子性后，路易·维克多·德布罗意做了逆向思考，他在论文中写到：19世纪以来，只注重了光的波动性的研究，而忽略了粒子性的研究，在实物粒子的研究方面，是否犯了相反的错误呢？1924年，他又注意到原子中电子的稳定运动需要引入整数来描写，与物理学中其他涉及整数的现象如干涉和振动简正模式之间的类似性，由此构造了德布罗意假设，提出正如光具有波粒二象性一样，实物粒子也具有波粒二象性。他将这个波长λ和动量p联系为：λ=h/p=h/mv
m：质量 v：速度 h：普朗克常数
这是对爱因斯坦等式的一般化，因为光子的动量为p = E / c（c为真空中的光速），而λ = c / ν。
德布罗意的方程三年后通过两个独立的电子散射实验被证实。在贝尔实验室Clinton Joseph Davisson和Lester Halbert Germer以低速电子束射向镍单晶获得电子经单晶衍射，测得电子的波长与德布罗意公式一致。在阿伯丁大学，G·P汤姆孙以高速电子穿过多晶金属箔获得类似X射线在多晶上产生的衍射花纹，确凿证实了电子的波动性；以后又有其他实验观测到氦原子、氢分子以及中子的衍射现象，微观粒子的波动性已被广泛地证实。根据微观粒子波动性发展起来的电子显微镜、电子衍射技术和中子衍射技术已成为探测物质微观结构和晶体结构分析的有力手段。
德布罗意于1929年因为这个假设获得了诺贝尔物理学奖。汤姆孙和戴维逊因为他们的实验工作共享了1937年诺贝尔物理学奖。
第三篇：光的波粒二象性教案
光的波粒二象性 教案示例
一、教学目标
1．知识目标
（1）了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题．
（2）了解波动说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题．
（3）了解事物的连续性与分立性是相对的，了解光既有波动性，又有粒子性．
（4）了解光是一种概率波．
2．能力目标
培养学生对问题的分析和解决能力，初步建立光与实物粒子的波粒二象性以及用概率描述粒子运动的观念．
3．情感目标
理解人类对光的本性的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程．根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说．人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识光的本性的．
二、重点、难点分析
1、这一章的内容，贯穿一条主线——人类对光的本性的认识的发展过程．结合各节内容，适当穿插物理学史材料是必要的．这种做法不但可使课堂教学主动活泼，内容丰富，还可以对学生进行唯物辩证思想教育．本节就课本内容，十分简单，学生学起来十分枯燥．课本所提到的内容，都是结论性的，加入一些史料不仅可能而且必要．
2、本节中学生初步接触量子化、二象性、概率波等概念，由于没有直接的生活经验，所以在教学中要重点让学生体会这些概念．
三、主要教学过程
光学现象是与人类的生产和日常生活密切相关的．人类在对光学现象、规律的研究的同时，也开始了对光本性的探究．
到了17世纪，人类对光的本性的认识逐渐形成了两种学说．
（一）光的微粒说
一般，人们都认为牛顿是微粒说的代表，牛顿于1675年曾提出：“光是一群难以想象的细微而迅速运动的大小不同的粒子”，这些粒子被发光体“一个接一个地发射出来”．用这样的观点，解释光的直进性、影的形成等现象是十分方便的．
在解释光的反射和折射现象时，同样十分简便．当光射到两种介质的界面时，要发生反射和折射．在解释反射现象时，只要假设光的微粒在与介质作用时，其相互作用，使微粒的速度的竖直分量方向变化，但大小不变；水平分量的大小和方向均不发生变化（因为在这一方向上没有相互作用），就可以准确地得出光在反射时，反射角等于入射角这一与实验事实吻合的结论．
说到折射，笛卡儿曾用类似的假设，成功地得出了入射角正弦与折射角正弦之比为一常数的结论．但当光从光疏介质射向光密介质时，发生的是近法线折射，即入射角大，折射角小．这时，必须假设光在光密介质的传播速度较光在光疏介质中的传播速度大才行．
一束光入射到两种介质界面时，既有反射，又有折射．何种情况发生反射，何种情况下又发生折射呢？微粒说在解释这一点时遇到了很大的困难．为此，牛顿提出了著名的“猝发理论”．他提出：“每一条光线在通过任何折射面时，便处于某种为时短暂的过渡性结构和状态之中．在光线的前进过程中，这种状态每隔相等的间隔（等时或等距）内就复发一次，并使光线在它每一次复发时，容易透过下一个折射面，而在它（相继）两次复发之间容易被这个面所反射”，“我将把任何一条光线返回到倾向于反射（的状态）称它为‘容易反射的猝发’，而把它返回到倾向于透射（的状态）称它为‘容易透射的猝发’，并且把每一次返回和下一次返回之间所经过的距离称它为‘猝发的间隔’”．如果说“猝发理论”还能解释反射和折射的话，那么，以微粒说解释两束光相遇后，为何仍能沿原方向传播这一常见的现象，微粒说则完全无能为力了．
（二）光的波动说
关于光的本性，当时还存在另一种观点，即光的波动说．认为光是某种振动，以波的形式向四周围传播．其代表人物是荷兰物理学家惠更斯．他认为，光是由发光体的微小粒子的振动在弥漫于一切地方的“以太”介质中传播过程，而不是像微粒说所设想的像子弹和箭那样的运动．他指出：“假如注意到光线向各个方向以极高的速度传播，以及光线从不同的地点甚至是完全相反的地方发出时，光射线在传播中一条光线穿过另一条光线而相互毫不影响，就能完全明白这一点：当我们看到发光的物体时，决不可能是由于从它所发生的物质，像穿过空气的子弹和箭一样，通过物质迁移所引起的”．他把光比作在水面上投入石块时产生的同心圆状波纹．发光体中的每一个微粒把振动，通过“以太”这种介质向周围传播，发出一组组同心的球面波．波面上的每一点，又可以此点为中心，再向外传播子波．当然，这样的观点解释同时发生反射和折射，比微粒说的“猝发理论”方便得多，以水波为例，水波在传播时，反射与折射可以同时发生．一列水波在与另一列水波相遇时，可以毫无影响的相互通过．
惠更斯用波动说还解释了光的反射和折射．但他在解释光自光疏介质射向光密介质的近法线折射时，需假设光在光密介质中的传播速度较小．现代光速的测定表明，波动说在解释折射时依据的假设是正确的：光在光密介质中传播时光速较小．但在17世纪时，光速的测量尚在起步阶段，谁是谁非，没有定论．
当然，光的波动说在解释光的直进性和何以能在传播时，会在不透明物体后留下清晰的影子等问题也遇到困难．
可见，光的微粒说和波动说在解释光学现象时，都各有成功的一面，但都不能完满地解释当时所了解的各种光学现象．
在其后的100多年中，主要由于牛顿的崇高地位及声望，因而微粒说一直占主导地位，波动说发展很缓慢．人类对光本性的认识，还期待新的现象的发现．直到19世纪初，人们发现了光的干涉现象，进一步研究了光的衍射现象．干涉和衍射是波动的重要特征，从而光的波动说得到迅速发展．人类对光的本性的认识达到一个新的阶段．
（三）牛顿理论中的波动性思想
作为一代物理学大师的牛顿，是提倡了微粒说，但他却并不排斥波动说．他根据他所做过的大量实验和缜密的思考，提出了不少卓越的、富有启发性的思想．在关于颜色的见解上，他提出“不同种类的光线，是否引起不同大小的振动，并按其大小而激起不同的颜色感觉，正像空气的振动按其大小而激起不同的声音感觉一样？而且是否特别是那些最易折射的光线激起最短的振动以造成深紫色的感觉，最不易折射的光线激起最长的振动，以造成深红色的感觉，而介于两者之间的各种光线激起各种中间大小的振动而造成中间颜色的感觉？”
他同时还提出：“扔一块石头到平静的水面中，由此激起的水波将在石头落水的地方持续一段时间，并从这里以同心圆的形式在水面上向远处传播．空气用力撞击所激起的振动和颤动也将持续少许时间，并从撞击处以同心球的形式传播到远方，与此相似，当光线射到任何透明体的表面并在那里折射或反射时，是不是因此就要在反射或折射介质中入射点的地方，激起振动和颤动的波，而且这种振动总能在那里发生并从那里传播出去．”
在解释光现象中，牛顿还多次提出了周期性的概念．而具有周期性，也是波动的一个重要特征．提出波动说的惠更斯却否认振动或波动的周期性．因此，对牛顿来说，在他的微粒说理论中包含有波动说的合理因素．究竟谁是谁非，牛顿认为“我只是对尚待发现的光和它对自然结构的那些效果开始作了一些分析，对它作了几点提示，而把这些提示留待那些好奇的人们进一步去用实验和观察来加以证明和改进．”牛顿的严谨，兼收并蓄的科学态度是值得我们学习的，恐怕这也是他成为物理学大师的原因之一．
（四）理解光的波粒二象性
1、动画（参考媒体资料中的动画“光的波粒二象性”）：当我们用很弱的光做双缝干涉实验时，将感光胶片放在屏的位置上，会看到什么样的照片呢？为什么会有这种现象？
分析图片：
结论：
1、左侧图片清晰的显示了光的粒子性．
2、光子落在某些条形区域内的可能性较大（对于波的干涉即为干涉加强区），说明光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律进行解释．
得出：光波是一种概率波，概率表征某一事物出现的可能性．
2、让学生回忆在研究分子热运动时做过的伽尔顿板实验：
教师总结：伽尔顿板实验中，单个小球下落的位置是不确定的,但是它落在中间狭槽的可能性要大一些，即小球落在中间的概率较大．
3、思考与讨论：
（书中的思考）根据你的理解，说明概率的意义，举出几个日常生活中的或科学中的事例，说明哪些事件是个别出现时看不出什么规律，而大量出现时则显示出一定的规律性．
教师总结：
生活中，涉及概率统计的事件很多，例如：在研究分子热运动时，研究单个分子的运动是毫无意义的，需要研究的是大量分子整体表现出来的规律，这叫做统计规律．
4、让我们换一个角度思考——仍然考虑双缝干涉实验
当光源和感光胶片之间不可能同时有两个和多个光子时，长时间曝光得到的照片仍然和光源很强、曝光时间较短时一样，则光的波动性不是光子之间的相互作用引起的．
结论：波动性是光子本身的一种属性
（五）方法总结
光既表现出波动性，又表现出粒子性，由于微观世界的某些属性与宏观世界不同，而我们的经验仅局限于宏观物体的运动．在生活中找不到一个既具有粒子性、又具有波动性的物理模型帮助我们研究光子的规律．
随着人类认识的范围不断扩大，不可能直接感知的事物出现在我们的眼前，需要我们建立新的模型，提出新的理论来进行研究，对于一种模型，只要能与实验结果一致，它就能在一定范围内表示所研究对象的规律．
四、例题分析（参考备课资料中的典型例题）
五、教学说明
人类对自然的探索精神，是激励学生学习的动力．自本节起，其后的物理各章节中，包含了大量的物理学史内容．充分利用这些宝贵资料，恰当结合教材内容，既能充分激发学生学习兴趣，又可以自然地对学生进行辩证唯物主义思想教育，以利于对学生的科学素质和创造性精神的培养．
典型例题
例1光的_________和___________现象说明光具有波动性，__________现象说明光具有粒子性．我们无法只用其中一种观点说明光的一切行为，因而认为光具有__________性．
答案：干涉，衍射，光电效应，波粒二象
例2根据光与水波的类比，试解释在浅海滩边，不论海中波浪向什么方向传播，当到达岸边时为什么总是沿着大约垂直于岸的方向传来？提示：波在浅水中传播时，水越浅，波速越小．
分析：因为光从光疏介质向光密介质传播时，光的传播速度减小，折射角小于入射角，折射线向法线靠拢．如果光在折射率逐渐递增的连续介质中传播，可以设想把连续介质分成许多薄层，光从折射率较小的薄层逐渐进入折射率较大的薄层时，折射线会越来越向法线靠拢，最终趋向于接近法线的方向．
从深处向海滩边传播的水波，波速也逐渐减小，根据与光的类比，仿佛进入折射率逐渐增大的介质，所以它的传播方向跟垂直海岸的方向线之间的夹角也逐渐减小，最终必将沿着大约垂直海岸的方向传来，并且，这个结果与海浪向什么方向传播无关．
水波与光波的类比可用图表示．
讨论：惠更斯通过光波与水波等类比提出光的波动说时，由于当时还无法深刻认识到光的本性，从类比得一个错误的结论，认为光跟声波一样是纵波．这样，也就无法用波动说解释横波所特有的偏振等光现象．因此，在当年关于光的本性的论战中显得被动，再加上牛顿在科学界的崇高威望，很长一段时期中微粒说处于主导地位．
例3光既具有波动性，又具有粒子性。大量光子表现出的_________强，少量光子表现出的________强；频率高的光子表现出的_________强，频率低的光子表现出的_________强．
答案：波动性，粒子性，粒子性，波动性
第四篇：06波粒二象性读书提纲答案
《波粒二象性》读书提纲答案
1、一般材料的物体辐射电磁波与哪些因数有关？黑体呢？
2、画出黑体辐射辐射强度随着温度变化关系图，并用语言说说随着温度升高辐射的两条特点。
3、简述普朗克的量子论。
4、波特有的现象有哪些？
5、谁最先发现光电效应现象？谁研究了光电效应现象？
6、光电效应的四条实验规律是什么？
7、爱因斯坦对光电效应的解释是什么？
8、什么叫康普顿效应？康普顿效应能说明什么问题？实验的现象是散射光的波长会发生怎样的变化？如何解释？
9、哪些现象能说明光具有粒子性？
10、以光的双缝干涉为例说说光是概率波的原因？
11、谁最先提出一切实物粒子都具有波粒二象性？物质波的波长如何计算？什么实验能说明实物粒子具有波动性。
12、列举汤姆孙父子的贡献。
13、光学显微镜分辨率的受到什么限制而无法提高？
14、现在较为先进的显微镜是什么显微镜？如何提高分辨率的？
15、写出爱因斯坦光电方程，并说说各个物理量的含义，并画出图像。
16、按照频率减小的顺序写出电磁波谱。并写出各个波段产生机理，和主要特点及应用。
17、列举密立根的贡献。
18、在什么情况下光表现出很强的粒子性，在什么情况下光表现出很强的波动性？
19、在微观物理学中可否用轨迹来描述粒子的运动？为什么？
20、联系宏观和微观的桥梁是什么？联系波动性和粒子性的桥梁是？
《波粒二象性》读书提纲答案
1、一般材料的物体，辐射电磁波的情况除与温度有关外还与材料的种类及表面情况有关。
黑体辐射只与温度有关。
2、见3-5课本P28，随着温度的升高，各种波长的辐射都增强，峰值向波长较短的方向移动。
3、普朗克认为电磁波的发射和接收时是一份一份不连续的能量子：E=hν其中E为能量子
h为普朗克常量ν为电磁波的频率。
4、波特有的现象有：干涉、衍射、多普勒效应等。
5、赫兹在研究电磁波的发射与接收时最早发现光电效应现象。P.勒纳德 J.J.汤姆孙研究了
光电效应规律。
－
6、光电效应的四条规律是（1）存在极限频率（2）瞬时性，时间小于109s（3）存在反向
遏止电压且只与入射光的频率有关（4）存在饱和电流
7、（1）选择性吸收：只吸收频率符合条件的光子，所以存在极限频率（无法通过积累来
实现）（2）一对一，即一个电子只吸收一个光子形成光电子，所以具有瞬时性（无法通过积累来实现）；也是具有饱和电流的根本原因，受到入射光子数目的限制（3）爱因斯坦光电方程EK=hν－W0且Ue=EK（W0为该金属的逸出功；U为反向遏止电压；EK最大初动能）所以Ue= hν－W0所以反向遏止电压唯一地取决于入射光的频率而与该频率入射光的强弱无关。（图见3-5课本P31的17.2-3）
8、散射光的波长变长的现象称为康普顿效应，康普顿效应说明光子具有能量也具有动量。
9、光电效应和康普顿效应都能说明光子具有粒子性。
10、图见3-5课本P41图17.4-2，少数光子的运动表现出粒子性随机性；大量光子的运动表
现为波动性，明条纹处说明光子到达的几率多一些，暗条纹处说明光子到达的几率低一些。所以说光是概率波。
11、德布罗意最先提出物质波的概念，从而说明实物粒子和光子一样具有波粒二象性。λ=h/p.电子的衍射实验说明实物粒子具有波动性。
12、J.J.汤姆孙（父）研究光的效应规律，发现电子为原子的组成部分，打破了原子不可再分的神话；G.P.汤姆孙（子）电子束的衍射实验，证明运动的实物粒子具有波动性。
13、衍射现象。
14、电子显微镜，减小波长从而减小入射光的衍射现象。
15、爱因斯坦光电方程EK=hν－W0（W0为该金属的逸出功EK最大
初动能；ν入射光的频率）图像为倾斜直线，斜率为普朗克常量，－W横轴截距为极限频率，纵轴截距为逸出功的相反数。
16、γ射线（原子核能级跃迁产生的，示踪原子，光刀）、X射线（原子内层电子受到激发产生的，拍片、透视）、紫外线（原子外层电子受到激发产生的，具有显著的荧光效应、杀灭细菌）、可见光（原子外层电子受到激发产生的）、红外线（原子外层电子受到激发产生的，具有显著的热效应）、电磁波（振荡电路产生的）。
17、油滴实验，较为精确的测定了电子的带电量，说明带体的带电量总是元电荷的整数倍，说明电量也是量子化的。较为精确的测定普朗克常量，验证了光电方程的正确性。
18、碰撞时（如光电效应、康普顿效应）、少量光子、频率较高的光子表现为粒子性；传播时、大量光子、频率较低的光子表现为波动性。
19、不能，不确定关系（见3-5课本P43）
20、联系宏观和微观的桥梁是阿伏伽德罗常数；联系波动性和粒子性的桥梁是普朗克常量。
第五篇：高三物理教案——《光的波粒二象性》
交流教案
会员交流资料
光的波粒二象性
教学目标
1．知识目标
1)了解事物的连续性与分立性是相对的.2)了解光既具有波动性,又具有粒子性.3)也解光是一种概率波.2．能力目标。
结合数学知识理解物理原理的综合迁移能力.3.德育目标
结合物理学史使学生了解到科学理论的建立过程,渗透科学研究方法的教育.重点难点分析：
光的一种概率波是重点；理解光子的波动规律是难点。教学设计思路：
引导学生认识概率的概念.光波和机械波在本质上完全不同.决定光子在空间不同位置出现概率的规律表现为波的规律,我们在这种意义上说光是一种波.在课本图22—3的实验中，光子在和感光胶片作用时的表现和通常的粒子一样，在通过狭缝时却和我们印象中的波一样，这点是很不容易接受的．但是，要说明，实验是检验真理的唯一标准，人的直接经验十分有限，在这种情况下我们就要设想一种模型，尽管以日常经验来衡量，这个模型的行为十分古怪，但是只要能与实验结果一致，它就能够在一定范围内正确代表所研究的对象．
本节的阅读材料《康普顿效应》和上节的阅读材料《热辐射和普朗克的量子说》对于理解量子化、波粒二象性等概念都有帮助，指导学生认真阅读． 教学媒体: 课件 教学过程：
（一）引入新课
光的本质是什么?有谁能够讲一讲你在这方面所了解到的内容?
确实，对光的本质的认识，在物理学发展史上有着曲折的过程，而且有过激烈的争论．争论的焦点为——光到底是粒子还是波．而且都试图把光的本性归结到自己的观点之中，但事实未能使人们如愿．
光的干涉、衍射雄辩地说明光是一种波，光电效应等现象又无可非议地说明光是粒子(当然这里的波已不再是惠更斯提出的在“以太”中传播的弹性脉动波，而这里的粒子也不再是牛顿微粒说中的弹性粒子，而是光子)，最终人们不得不承认，光既有波动性又有粒子性，即光具有波粒二象性这样一个事实．
（二）新课活动
一、光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性．
为了更好地说明光具有波粒二象性，让我们循着前人的足迹来回顾一下有关
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交流教案
会员交流资料的实验．
介绍实验：用微弱的光照射双缝，并使光通过双缝到达光屏(感光胶片)，在照射时间不。太长的情况下，胶片上的点迹是随机、散落而且是毫无规律的．这个事实说明了光是“一份一份”的粒子．
1、光是粒子(光子)．
对于随机散落的光子，随着照射时间的延长，胶片上的痕迹表现出光在某个区域落脚的可能性较大，而在另一些区域分布较少的规律性分布。该分布的情况恰好与用强光照射(此时可认为光是连续的)形成干涉条纹的情况相吻合，这种规律性与波动的规律一致．所以我们说光是一种波．
2、光是一种波．
单个光子的随机性与大量光子的规律性也体现了对事物认识的一个重要观点，这就是：
3、分立性与连续性是相对的．
光子的行为服从统计规律．干涉加强处表示光子到达的数目多，从统计的观点来看就是光子在该处出现的概率大，干涉减弱处表示光子到达的数目少，也就是光子在该处出现的概率小．这种概率的大小服从波动规律，因此我们把光波叫做概率波．光子在空间各点出现的可能性大小（概率）可以用波动规律来描述。
引导学生谈对概率的理解。
4、光是一种概率波。
从经典物理学的角度上讲，波动应该是质点间相互作用的结果．在这里，光子具有波动性就应该是光子与光子作用的结果．但人们发现在上述双缝实验中，假使光很弱，弱到光子一个一个地射向胶片(这时排除了光子间有相互作用)，在照射时间足够长时，底片上最终还是形成了干涉图样，这说明波动性不是由于光子间相互作用引起的，而是单个光子的固有属性． 更有趣的是，尽管让光子一个一个地通过狭缝，如果挡住一个缝，干涉条纹不再出现，好像一个独立运动的光子能“知道”另一个狭缝的存在似的．这一点似乎让人不可思议，其实这也说明波动性恰是光子的固有特性。
二、建立模型是科学研究的需要.模型的正确与否要看其能否正确反映研究对象的客观规律．
阅读教材第49页最后两段．
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交流教案
会员交流资料
这部分内容告诉我们，对微观领域不能抱着宏观的、固有的模式去理解，而应建立一个全新的模型．只要该模型能正确地代表研究对象，很好地解释其现象和规律，则可承认其正确性．光的波粒二象性正是这样一个“古怪”而被事实证明是正确的模型．
（三）小结
i.微粒性与波动性的相互联系与渗透。ii.波动性与微粒性互相转化。iii.用概率的思想理解光波。
（四）巩固练习
1、对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．光子与电子是同样一种粒子，光波与机械波同样是一种波
巳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E=hν中，频率，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处的某块金属薄片．已知光源发出的波长λ=600nm的单色光，试计算：
(1)每单位时间内打到金属板／m2面积上的光子数．
(2)若取该金属原子半径r1=0.5×10-10m，则金属表面上每个原子平均需要用多少时间才能接收到一个光子?
（五）布置作业
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