师：同学们，本节课我们学习高二物理粤教版选择性必修三第四章第三节光的波粒二象性。
本节课的学习目标如下：一是了解光的本性——波粒二象性，知道光既具有波动性又具有粒子性，且光是一种概率波；二是体会人类的直接经验有限，一个学说的正确性不能仅以是否与直接经验一致为依据，最终要靠实践检验；三是明白人类对自然现象的认识呈螺旋式上升，科学理论在不断发现新现象、探索新规律中发展和完善。
下面开始学习。光是什么？人类研究了2000多年，17世纪，科学家们开始探究光的本性，出现两种截然不同的观点。英国科学家牛顿认为，光是沿直线传播的微粒，因为波会弥散在空间，不会聚成直线。微粒遇到物体会反弹，这就是光的反射；光从空气照射到水里会折弯，即光的折射，且光在水中速度比在空气中大。
但荷兰物理学家惠更斯反对。他认为，如果光是一种微粒，那么光在交叉时会因碰撞改变方向，可人们并未观察到这种现象。惠更斯觉得光是一种波，像水波一样，也能发生反射和折射，且光在水中速度比在空气中小。
他俩谁对呢？若能知道光在空气和水中的传播速度就能判断。可牛顿和惠更斯都无法测量出光速，谁也说服不了谁，这就是第一次波粒之争。由于牛顿在物理学界的崇高地位，相当长时间内，光的微粒说占据上风。
200年前，人们发现两列水波相遇会叠加，有的地方水面震动剧烈，有的地方水面平静，这叫波的干涉。干涉是波的特点，若光也能干涉，就能说明光也是波。
1807年，英国科学家托马斯·杨设计一套实验装置，让蜡烛发出的光先经过一条缝，再经过两条缝，结果在最后的屏幕上出现许多明暗相间的条纹。该实验说明光发生了像水波一样的干涉，波峰与波峰相遇处出现亮条纹，波峰与波谷相遇处出现暗条纹。
托马斯·杨的双缝干涉实验被称为世界上最美的物理实验之一，它证明了光是一种波。但牛顿影响力太大，人们不相信托马斯·杨。法国科学院举办征文比赛，希望有人能用微粒说解释光。年轻学者菲涅尔提交一篇论文，用波动说解释了许多光学问题，比如光遇到障碍物会像水波一样绕过，这叫衍射，衍射也是波的特点。这让法国科学院支持微粒说的科学家们很尴尬。数学家泊松尤其愤愤不平，他说，菲涅尔一定搞错了，因为按照他的说法，用光照射小圆盘，圆盘背后影子中间会出现一个亮点，这根本不可能。然而实验检验时，人们惊讶地发现，圆盘背后阴影中间果然出现一个亮点，人们把这个亮点称为泊松亮斑，这就是第二次波粒之争。
随着时间推移，波动说取得越来越多证据。19世纪60年代，英国科学家麦克斯韦提出，光就是由电场和磁场组成的波，叫电磁波，电磁波可在真空中传播。1888年，德国物理学家赫兹通过实验发现了电磁波。至此，似乎波动说彻底击败了微粒说，但人们对光的本性探索并未停止。
19世纪80年代，人们发现某些金属在光照射下会带电，这种现象叫光电效应。光电效应有以下实验规律：一、存在截止频率；二、具有瞬时性；三、存在饱和电流；四、存在遏止电压，且遏止电压与入射光频率有关。人们尝试用经典电磁学理论解释光电效应实验，却遭遇困难：疑难一，截止电压由入射光频率决定，与光的强弱无关；疑难二，存在截止频率；疑难三，具有瞬时性。
这时，爱因斯坦提出光子假说，他认为光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子，一个光子的能量$E = h\nu$。光子假说很好地解释了光电效应的各种现象，说明光具有粒子性。美国物理学家康普顿在研究石墨对X射线的散射时，在散射光线中发现波长较长的成分。康普顿借助爱因斯坦的光子假说，认为这是因为光子与物质中的自由电子发生弹性碰撞，过程中光子动量减少，波长变长。光电效应和康普顿效应让光的微粒说以新形式呈现。
光的干涉和衍射表明光是一种电磁波，具有波动性；而光电效应和康普顿效应表明光在与物质相互作用时表现为粒子性。光到底是粒子还是波呢？下面通过光的双缝干涉实验研究。
如图，由光源S发出的光经过缝S1和缝S2到达感光片D。我们知道经过缝S1和缝S2的两部分光会发生干涉，结果将在感光片D上形成明暗相间的干涉条纹，这是光的波动性表现。但此光的干涉未完全排除光是粒子的可能性。若把光源S发出的光看成由大量光子组成，可认为部分光子经过缝S1，部分光子经过缝S2，这两部分光子相互干涉，也可能产生干涉条纹。
为排除这种可能性，换种方式做实验。把光源强度降低，直到入射光减弱到每次只有一个光子经过狭缝，前一个光子消失在感光片上，后一个光子才从光源射出。现在观察不同记录时间后，感光片D记录的结果。
第一幅图记录一段时间，这时感光片上呈现杂乱分布的几个亮点，每个亮点是一个光子在感光片上留下的记录，显示了光的粒子性。
第二幅图适当增加记录时间，会惊奇地发现，感光片上形成模糊的亮纹，光子主要落在亮纹处，这就是干涉条纹，显示光具有波动性。
第三幅图记录时间越长，干涉条纹越明显，再次显示光的波动性。由于每次穿过狭缝的只有一个光子，它不可能跟其他光子产生干涉，但光的干涉还是发生了，可见波动性也是光子的属性。
光具有粒子性，又具有波动性，人们把这种性质称为光的波粒二象性。那么如何理解光的波粒二象性呢？第一，光与物质相互作用时，表现出粒子性；传播时，表现出波动性。第二，少量、个别的光子容易显示粒子性，大量光子容易显示波动性。第三，根据$E = h\nu$，频率较大时，光子波长较小，光容易显示粒子性；频率较小时，波长较长，光容易显示波动性。光的粒子性和波动性是统一的，并非独立存在。