光的波粒二象性

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．了解光是一种概率波．

【教材内容全解】

光电效应以及以后发现的康普顿效应都证明了光是一种粒子，但光的干涉现象和光的衍射现象又表明光是一种波．我们可以看出，光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性．

光是一种粒子，它和物质作用是“一份一份”的，但我们无法用宏观世界的规律来描述这些粒子的运动规律，当光子数很少时，可以清楚地看到光子的痕迹，但光子的数量很多时，我们就无法把它们区分开，看起来就是连续的，正如沙堆是一颗颗沙粒组成的，但是建筑工地上的一堆沙子包含的沙子太多了，测量沙堆的体积可以认为它们是连续的．从波动性来看，单个光子的运动无法预测，但大量的光子就有了规律，它们出现在某个区域内的可能性就能看出来，这是微观世界具有的特殊规律．这样的现象表明，大量光子运动的规律表现出光的波动性，单个光子的运动表现出光的粒子性，光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可以用波动的规律来描述，物理学中把光波叫做概率波．

光既然是一种概率波，但它和水波、绳子上的波等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．课本图21-3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，正如光子的能量E=hv 和动量λ

h c hv p ==，等式的左边表示粒子性，等式右边表示波动的性质，这两种性质通过普朗克常量h 定量地联系起来，这是光的波粒二象性的体现，但不能把它简单地理解为光子以波浪式前进．从波的特性可以看出，光子波长越长，越容易看到光的干涉和衍射现象，波动性越明显；光波的频率越高，粒子性越明显，穿透本领越强．

【难题巧解点拨】

例 关于光的本性，下列说法中正确的是 ( )

A ．光子说并没有否定光的电磁说

B ．光电效应现象反映了光的粒子性

C ．光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出来的

D ．大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性 解析 光既有粒子性，又有波动性，但这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说，它体现出的规律不在是宏观粒子和机械波所表现出的规律，而是自身体现的一种微观世界特有的规律．光子说和电磁说各自能解释光特有的现象，两者构成一个统一的整体，而微粒说和波动说是互相对立的．

答案 A 、B

点拨 本章主要是对微观世界的规律进行了讲解，要对微观世界了解，就不能再以宏观世界的规律进行理解．我们的经验局限于宏观物体的运动，微观世界的某些属性与宏观世界

不同，我们就要突破自身的经验，去感知不可能直接感知的事物．

【课本习题解答】

1．光的干涉现象和光的衍射现象说明光是一种波；光电效应现象和康普顿效应说明光是粒子流．

2．如果所加的光源更加的微弱，以至在光源和感光胶片之间不可能同时有两个或更多的光子，不同的曝光时间摄得的照片仍和图2l-3相同，由于同一时刻只能有一个光子飞向感光屏，我们仍不能准确地判断光子的落点．所以光的波动性不是光子之间的相互作用引起的，波动性是光本身的一种属性．

3．在实验中，当光子数很少时，可以清楚地看到光子的痕迹，但单个光子通过双缝后的落点无法预测；光子的数量很多时，我们就无法把它们区分开，看起来就是连续的；但我们可以看到规律，光子落在某些条形区域中的可能性比较大，这些条形区域正是某种波通过双缝后发生干涉时振幅加强的区域．这个现象表明：光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可以用波动的规律来描述，所以物理学中把光波叫做概率波．

【同步达纲练习】

1．物理学史上关于光的本性的沦述，早期有两种学说：一是著名物理学家牛顿支持的_______________；二是荷兰物理学家惠更斯提出的_______________到了19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦提出了______________，1905年著名物理学家爱因斯坦又提出了______________，现在我们知道，光具有______________．

2．一面好的镜子能反射80％的入射光，甲说有20％的光子没有被反射出去，乙说全部的光子都被反射，只是每个光子损失了20％的能量．这两种说法中哪一种是合理的?

3．下列关于光的波粒二象性的叙述中正确的是：

A．个别光子表现出粒子性，大量光子表现出波动性

B．光的频率越低粒子性越强，光的频率越高，波动性越显著

C．有的光是粒子，有的光是波

D．光的波粒二象性是指光既具有粒子性，又具有波动性

参考答案

【同步达纲练习】

1．微粒说；波动说；电磁说；光子说；波粒二象性

2．甲的说法是合理的（点拨：实验指出，入射光和反射光的颜色是一致的，而光的颜色是由光的频率决定的，说明反射光和入射光的频率相同，每个光子的能量不变，因此镜子反射80%的光只能是有20%的光子没有被反射出去。）

3．A、D