2.4 光的波粒二象性
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三点剖析
一、光的波粒二象性
光既有波动性，又有粒子性，其实验基础分别是光的衍射和干涉、光电效应和康普顿效应.
1.个别的、高频的光子产生的效果，往往显示出粒子性，打在屏或底片上的位置是随机的，光子具有一定的能量和动量.
2.大量的、低频的光子产生的效果，往往显示出波动性.光子在空间各点出现的可能性的大小（概率），可以用波动规律来描述，物理学中把光波叫概率波.光波的强弱表现出的光子数的多少.
3.光是把粒子性和波动性有机结合在一起的矛盾统一体,在传播时表现为波动的性质，有一定的波长和频率，在和物质作用时表现出粒子的特性. 二、概率波
由以前所学的知识我们知道干涉现象是光的特性，也就是说光能产生干涉就说明光是一种波，但我们还知道，光能使某些金属产生光电效应，根据量子假说，我们还知道光是一种粒子，但粒子为什么会发生干涉形成明暗相间的条纹？要使光的干涉现象既能用波解释又能用粒子解释，那只有引入概率的概念，我们可以把干涉形成的明暗相间的条纹看成是大量光子按一定的概率进行叠加形成的，也就是说光是一种概率波. 各个击破
【例1】 下列说法正确的是( ) 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.γ射线具有显著的粒子性，不具有波动性
解析：光同时有波粒二象性，只不过在有的情况下波动性显著，有的情况下粒子性显著，光的波长越长，越容易观察到其显示的波动特性，因此A、D两项错而C项正确，光子不同于一般的实物粒子，它没有静止质量，是一个个的能量团，是光能量的最小单位. 答案：C 类题演练
有关光的本性，下列说法正确的是（ ）
A.光既具有波动性，又具有粒子性，这是互相矛盾和对立的 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，个别光子只具有粒子性
D.由于光既有波动性，又有粒子性，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
解析：19世纪初，人们成功地在实验中观察到了光的干涉、衍射现象，这属于波的特征，微粒说无法解释.但到了19世纪末又发现了光的新现象——光电效应，这种现象波动说不能解释，证实光具有粒子性.因此，光既具有波动性，又具有粒子性，但不同于宏观的机械波和机械粒子.波动性和粒子性是光在不同的情况下的不同表现，是同一客体的两个不同侧面、不同属性，我们无法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.选项D正确.
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答案：D
【例2】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.一定落在亮纹处
C.可能落在暗纹处 D.落在中央亮纹处的可能性最大
解析：根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，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，只不过落在暗纹处的概率很小而已，故只有C、D两项正确. 答案：CD
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敬请批评指正
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