高二物理竞波粒二象性课件
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5）光的波粒二象性： 干涉、衍射和偏振显示了光的波动性， 光电效应和康普顿效应显示了光的粒子性。 光波也是几率波，光波的干涉是 几率波之间的干涉。 光的波动性是指具有可叠加性， 光的粒子性是指具有可分割性， 这就是我们所说的光的波粒二象性。
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6）光波粒子性的可观察性与光波频率的关系 波长较长时，个别光子不易显示出 可观的效应，此时，光波显示的是 大量光子的统计行为，即光的波动性。 波长越短波，个别光子的粒子性就 越明显。 X射线在康普顿散射中显示的粒子性 相当明显。
波动是电子本身的固有属性， 每个电子通过一个单缝的几率各占50%， 干涉正是发生在这两部分的“几率波”之间，
实物粒子ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ是几率波。
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光子与实物粒子的不同之处 （1）实物粒子具有静止质量，
光子没有静止质量。 （2）实物粒子的速度取小于光速的任意值，
光子的速度只能为 c 。
（3）实物粒子的运动可以用确定的轨道 来描述，光子没有确定的轨道。
因此，随 增大越来越多。
6
（4）同一散射角，0 强度随原子序数增大 而增大、强度随N增大减小的原因是:
随N增大，被原子核束缚形成 原子实的电子越来越多， 光子与自由电子碰撞的机会越来越少， 与原子实碰撞的机会越来越多。 因此，散射光中原波长的成分就 越来越强、新波长的成分越来越弱。
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3）电子的杨氏双缝实验显示的波动性 （1）装置和强度分布
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玻尔原子模型与爱因斯坦辐射理论
1．原子结构经典理论的困难
1）原子结构的经典理论 原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成， 它们之间存在着服从平方反比律的静电吸引力。
按照牛顿三定律，必然得到如下结论： （1）电子绕核沿圆或椭圆轨道不断旋转
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a （2）动能越大，轨道半径或半长轴 越大， 没有动能，会被静电力吸引到原子核上。
(
h c
)2[(
2
2
0
(1
cos
)]
3
2
h mc2
(1 cos )
，忽略
2
0 c / 2 0
2
h mc
sin 2
2
2C
sin 2
2
C
h mc
0.0241A0
4
康普顿散射的量子解释
（1） 0（ 0）的原因是：
碰撞光子把部分能量交给自由电子， 自身能量减少，频率变小。
越大，碰撞越厉害，自身能量 减少越多， 越大。
（2） 与物质无关的原因是：
碰撞过程是光子与电子的相互作用， 任何物质的电子都相同。
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（3）同一散射物质，0强度随 增大减小、 强度随 增大变大的原因是：
0方向的光子均是未与电子碰撞的光子 在 方向：
0 波长的光子是与原子实碰撞后的光子，
因此，随 增大越来越少，
波长的光子是与自由电子碰撞后的光子，
电子: E 1 m v2
p 2m v
mv
光子: E h
依据相对论:
p0
p E / c h / c
p
2
h
0
h
1 2
m v2，p0
p
mv
(m v)2 ( h0 )2 ( h
0 2mh
c
m v2
c
(
h c
)2
2h
(
2 0
)2
0,
2v(2hc)22h0cos
m
2 2 0 cos )
(2） 实 少量电子通过仪器落在屏幕上时， 验 显示了电子的“粒子性”，分布毫无规律。 结 随电子流密度的增加，屏幕上形成了清晰的 论 干涉条纹，显示了电子的“波动性”。
8
（3）实验分析及结论 （a）不是大量粒子统计分布（非相干叠加）的结果 （b）也不是两缝间电子相互作用（碰撞）的结果
单电子通过双缝后也可以得到清晰的干涉条纹 （c）是电子自身干涉的结果
3）经典理论结论与实验事实的冲突
实验事实： （1）电子可以在核的周围处于稳定的无辐射状态，
与被吸引到核上和不断发射电磁波矛盾。 （2）原子光谱是线状分立谱，与应是连续谱矛盾。
15
（3） T a3/ 2 ，轨道越小，周期 T 越短。
2）由经典理论必然得到结论
（1）电子旋转是加速运动，必然不断 发射电磁波。
（2）动能不断消耗，受辐射阻力减速， 轨道不断缩小，最后被吸引到核上。
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（3） 1/ T ，随电子轨道不断缩小，
周期不断减小， 发射电磁波的频率会不断增大， 电磁波谱应是连续的。
1．波粒二象性
1）波粒二象性：既具有波动性又具有粒子性 2）实物粒子的波动性
所有物质都具有波动
性，波长为： h / mv，
称为德布罗意波。 电子在晶体上散射时的 电子束强度分布图与 X 光在晶体上的衍射强度 分布图十分相似。
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康普顿散射公式
康普顿散射是光子与电子的弹性碰
撞过程，总能量及总动量均守恒。
5）光的波粒二象性： 干涉、衍射和偏振显示了光的波动性， 光电效应和康普顿效应显示了光的粒子性。 光波也是几率波，光波的干涉是 几率波之间的干涉。 光的波动性是指具有可叠加性， 光的粒子性是指具有可分割性， 这就是我们所说的光的波粒二象性。
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6）光波粒子性的可观察性与光波频率的关系 波长较长时，个别光子不易显示出 可观的效应，此时，光波显示的是 大量光子的统计行为，即光的波动性。 波长越短波，个别光子的粒子性就 越明显。 X射线在康普顿散射中显示的粒子性 相当明显。
波动是电子本身的固有属性， 每个电子通过一个单缝的几率各占50%， 干涉正是发生在这两部分的“几率波”之间，
实物粒子ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ是几率波。
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光子与实物粒子的不同之处 （1）实物粒子具有静止质量，
光子没有静止质量。 （2）实物粒子的速度取小于光速的任意值，
光子的速度只能为 c 。
（3）实物粒子的运动可以用确定的轨道 来描述，光子没有确定的轨道。
因此，随 增大越来越多。
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（4）同一散射角，0 强度随原子序数增大 而增大、强度随N增大减小的原因是:
随N增大，被原子核束缚形成 原子实的电子越来越多， 光子与自由电子碰撞的机会越来越少， 与原子实碰撞的机会越来越多。 因此，散射光中原波长的成分就 越来越强、新波长的成分越来越弱。
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3）电子的杨氏双缝实验显示的波动性 （1）装置和强度分布
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玻尔原子模型与爱因斯坦辐射理论
1．原子结构经典理论的困难
1）原子结构的经典理论 原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成， 它们之间存在着服从平方反比律的静电吸引力。
按照牛顿三定律，必然得到如下结论： （1）电子绕核沿圆或椭圆轨道不断旋转
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a （2）动能越大，轨道半径或半长轴 越大， 没有动能，会被静电力吸引到原子核上。
(
h c
)2[(
2
2
0
(1
cos
)]
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2
h mc2
(1 cos )
，忽略
2
0 c / 2 0
2
h mc
sin 2
2
2C
sin 2
2
C
h mc
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康普顿散射的量子解释
（1） 0（ 0）的原因是：
碰撞光子把部分能量交给自由电子， 自身能量减少，频率变小。
越大，碰撞越厉害，自身能量 减少越多， 越大。
（2） 与物质无关的原因是：
碰撞过程是光子与电子的相互作用， 任何物质的电子都相同。
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（3）同一散射物质，0强度随 增大减小、 强度随 增大变大的原因是：
0方向的光子均是未与电子碰撞的光子 在 方向：
0 波长的光子是与原子实碰撞后的光子，
因此，随 增大越来越少，
波长的光子是与自由电子碰撞后的光子，
电子: E 1 m v2
p 2m v
mv
光子: E h
依据相对论:
p0
p E / c h / c
p
2
h
0
h
1 2
m v2，p0
p
mv
(m v)2 ( h0 )2 ( h
0 2mh
c
m v2
c
(
h c
)2
2h
(
2 0
)2
0,
2v(2hc)22h0cos
m
2 2 0 cos )
(2） 实 少量电子通过仪器落在屏幕上时， 验 显示了电子的“粒子性”，分布毫无规律。 结 随电子流密度的增加，屏幕上形成了清晰的 论 干涉条纹，显示了电子的“波动性”。
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（3）实验分析及结论 （a）不是大量粒子统计分布（非相干叠加）的结果 （b）也不是两缝间电子相互作用（碰撞）的结果
单电子通过双缝后也可以得到清晰的干涉条纹 （c）是电子自身干涉的结果
3）经典理论结论与实验事实的冲突
实验事实： （1）电子可以在核的周围处于稳定的无辐射状态，
与被吸引到核上和不断发射电磁波矛盾。 （2）原子光谱是线状分立谱，与应是连续谱矛盾。
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（3） T a3/ 2 ，轨道越小，周期 T 越短。
2）由经典理论必然得到结论
（1）电子旋转是加速运动，必然不断 发射电磁波。
（2）动能不断消耗，受辐射阻力减速， 轨道不断缩小，最后被吸引到核上。
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（3） 1/ T ，随电子轨道不断缩小，
周期不断减小， 发射电磁波的频率会不断增大， 电磁波谱应是连续的。
1．波粒二象性
1）波粒二象性：既具有波动性又具有粒子性 2）实物粒子的波动性
所有物质都具有波动
性，波长为： h / mv，
称为德布罗意波。 电子在晶体上散射时的 电子束强度分布图与 X 光在晶体上的衍射强度 分布图十分相似。
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康普顿散射公式
康普顿散射是光子与电子的弹性碰
撞过程，总能量及总动量均守恒。