光的波粒二象性 (26张)
光的波粒二象性ppt课件
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解析：电流表读数刚好为零说明刚好没有 光电子能够到达阳极，也就是光电子的最 大初动能刚好为0.6 eV. 由Ek=hν－W0可知W0=1.9 eV.选A. 答案：A.
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【例2】下列关于光具有波粒二象性的叙 述中正确的是（ ） A.光的波动性与机械波，光的粒子性与 质点都是等同的 B.大量光子的效果往往显示出波动性， 个别光子产生的效果往往显示出粒子性 C.光有波动性又有粒子性，是互相矛盾 解析：光的波动性与机械波，光的 的，是不能统一的 粒子性与质点有本质的区别， A选 D.光的频率越高，波动性越显著
2
2.逸出功 使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫 做这种金属的逸出功，用W0表示. 3.爱因斯坦的光电效应方程 （1）光子：光本身就是由一个个不可分割 的能量子组成的，频率为ν的光的能量子 为hν，h为普朗克常量，这些能量子被称 为光子. （2）光电效应方程： Ek= hν－W0.其中Ek W 为光电子的 h 最大初动能， .W0表示金属的 逸出功.
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解析：爱因斯坦光电效应方程Ek=hν－ W0中的W0表示从金属表面直接逸出的光 电子克服金属中正电荷引力做的功，因 此是所有逸出的光电子中克服引力做功 的最小值.对应的光电子的初动能是所有 光电子中最大的.其它光电子的初动能都 小于这个值.若入射光的频率恰好是极限 频率，即刚好能有光电子逸出，可理解 为逸出的光电子的初动能是0，因此有
h 1 mv 、λ= 2 p
2
、p=mv 可得 λ=
2em U ， h
可知波长与
m 成正比.故电子的波长短，波动性弱，电子显微镜的分辨
本领强，选 A. 答案：A.
D.两种显微镜分辨本领不便比较
爱因斯坦光的波粒二象性
爱因斯坦光的波粒二象性海森堡的不确定性原理有的时候又叫测不准原理。
过去劣者曾经以为或认同的是被一些人所解释的，由于受到观测手段的限制或影响，人们在测量相同量级特别是在微观领域，有可能因为相互作用的缘故，导致被测物体要么就只能够测到他的位置，要么就只能够测到他的速度或动量。
通过前面几篇文章所讨论的绝对时空不相容原理，我们发现事实可能并非如此。
又看了一些资料，发现一些人用波粒二象性或波的本征属性来解释。
不过用波的本征属性来解释，我们依然认为有些不太准确。
他给人的感觉是，之所以测不准是因为微粒在波动过程中不同位置动量不同所造成的。
这里面的一个错误在于，测不准所强调的不确定性是一种同时性的测不准或不确定，而不是一种前后关系的不同性。
非要用波来解释的话，我们更看重的是波的频率或波长与位置的关系不可能同时获得。
其中位置作为空间应该没有什么异议，但是把频率或波长看成时间，估计很多人就有可能不能接受。
问题的关键在于，通常人们所得到的频率其实是一种相对时间，而这里面我们把频率看成是一种绝对时间。
同理可得，这里的波长既可以看成速度，又可以看成用距离作为标准来衡量时间的快慢。
根据绝对时空不相容原理，海森堡的不确定性原理或测不准原理又可以描述为，在测量微观粒子的时候，要么得到的是粒子位置的绝对空间，要么得到的是波动频率或速度的绝对时间。
虽然劣者对数学一窍不通，不过定性来看，狄拉克方程充分了利用了波粒二象性中的粒子性，海森堡的矩阵力学与薛定谔方程之所以等价，就在于他放弃了粒子性充分的利用了波动性。
当然，更合理的说法应该是他否定了波尔具有粒子属性的模型。
量子力学可以说早就率先发现了绝对时空的不相容性，不过可惜的是他们更多的只是就现象解释现象或就公式解释现象，缺乏一种哲学观。
在这一点上相对来说，爱因斯坦就强上许多，虽然看起来也不够彻底。
造成这种区别的原因我们前面已经说过，主要在于他们虽然都是比较强于数理逻辑，但研究的方式和路径毕竟还是有所不同。
光的波粒二象性(PPT课件)
§1.5 光的波粒二象性
1 光波、光线与光子
1.5 光的波粒二象性
主要内容
1. 光波与光子的对立统一 2. 德布罗意方程 3. 对光的本性的再认识
1 光波、光线与光子 1.5.1 光波与光子的对立统一
1.5 光的波粒二象性
对光的本性的认识： 光波与光子之个性：
波动说——光是一种波长极短的电磁波动 粒子说——光是一种作高速运动的光子流
作为波动，光具有频率v 和波长
作为粒子，光又具有能量E和动量p
光波与光子的共性： 具有速度v和能量E
波动性与粒子性的联系：
(1.5-1)
(1.5-2)
波动性与粒子性之间联系的纽带：普朗克常数h
1 光波、光线与光子
1.5 光的波粒二象性
1.5.1 光波与光子的对立统一
说明：
按照相对论质能关系，如果认为光也具有质量（设为mp）的话，那么 可以将光子在真空中的能量和动量分别表示为
1.5 光的波粒二象性
1.5.2 德布罗意方程
说明
① 电子衍射现象从实验上证实了德布罗意关于实物粒子具有波动性的假 设。以此为原理发明的电子显微镜使得人类对微观世界的观察分辨 能力提高了几个数量级。
② 物质波概念的提出，最终导致量子力学的诞生。按照量子力学观点， 任何物质粒子都同时具有波粒二象性。只是在宏观领域，实物粒子 的波动特性很难被观察到。只有在微观领域，粒子的波动特性才会 明显地显露出来。
1 光波、光线与光子
1.5 光的波粒二象性
本节重点
1. 光波与光子的区别与联系 2. 光子与光波的两种角色
德布罗意方程：
(1.5-8)
德布罗意波长：实物粒子的波长o。 物质波的验证——戴维森和革末的电子衍射实验（1927年）：
人教版高中物理选修3--5第十七章波粒二象性17-3粒子的波动性(共26张PPT)
科学视野
动惠 托马
说更 斯·杨
斯 波
双缝
牛
干涉 实验
顿
磁麦
说克
菲涅 耳衍
斯
赫兹 电磁
射实 韦 波实
验电
验
微
1690 粒 1801 1814 1672 说
18641888190159116922
占 说牛 主
顿导 微地 粒位
赫兹
子爱
发现
说因 密立
光电 效应
波动说渐成真理
斯 根光
阴极
栅极
多晶 薄膜
或薄金属片后，也象X射线 K G Cs
一样产生衍射现象。
1927年 G.P.汤姆逊（J.J.
U
汤姆逊之子） 也独立完成
高压
屏P
了电子衍射实验。与 C.J.
戴维森共获 1937 年诺贝
尔物理学奖。
此后，人们相继证实了原子、 分子、中子等都具有波动性。 电子衍射图样
三、物质波的实验验证
从波动光学可知，由于显微镜的分辨本领与 波长成反比，光学显微镜的最大分辨距离大于 0.2 μm，最大放大倍数也只有1000倍左右．
自从发现电子有波动性后，电子束德布罗意 波长比光波波长短得多，而且极方便改变电子 波的波长，这样就能制造出用电子波代替光波 的电子显微镜．
电子显微镜
电子显微镜下的灰尘
电子显微镜下的薰衣草叶子
坦 光
电效 应实
验
波 动 性
T /年
粒
康普 顿效
应
子 性
科学视野
动惠 说更
斯 波
1690 1672
说牛 顿 微 粒
磁麦பைடு நூலகம்
光的波粒二象性
光的波粒二象性光是一种电磁波，它具有波动性和粒子性的双重属性，即光的波粒二象性。
这一现象不仅令科学家们困惑，也推动了量子力学的发展。
本文将深入探讨光的波粒二象性，并分析其在光学和量子力学中的应用。
一、波动性光的波动性可以通过多种实验予以证明。
首先是干涉实验，例如杨氏双缝实验，在将光通过两个狭缝之后，可以观察到在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹。
这是由光波的干涉造成的，波峰与波峰叠加形成亮纹，波谷与波谷叠加形成暗纹。
其次是衍射实验，当光通过一个缝隙或者细小物体时，会出现由波动性引起的衍射现象。
例如菲涅尔双缝衍射实验，光通过细缝后会呈现出圆环状的衍射图样，这可以解释为光的波动性导致的现象。
光的波动性还可以解释折射和反射等现象，光在不同介质中传播速度改变，路径发生偏折，这是由于光波在不同介质中传播时发生的干涉和衍射效应。
二、粒子性光的粒子性可以通过光电效应和康普顿散射实验进行验证。
光电效应是指当光照射到金属表面时，会产生电子的发射现象。
经典物理学无法解释这一现象，而根据爱因斯坦的光量子假设，光的能量被量子化为光子（光的粒子）。
康普顿散射实验是证明光粒子性的另一个重要实验。
当高能光子与物质中的电子碰撞时，光子会散射，并且其散射角度与入射角度不同，这一现象称为康普顿散射效应。
散射光子的能量和动量的变化可以用粒子性的概念来解释。
三、应用光的波粒二象性不仅在物理学中具有重要意义，也在实际应用中发挥着重要作用。
在光学领域，利用光的波动性，我们可以实现光的各种成像技术，如透镜和光栅成像。
而基于光的粒子性，可以应用于光通信中，通过调控光的光子数量来进行信息传输。
在量子力学中，光的波动性和粒子性为量子理论提供了重要的实验基础。
光的波粒二象性的研究推动了量子力学的发展，并为量子力学提供了重要的实验验证。
此外，光的波粒二象性在粒子物理学、光谱学和光电子学等领域也具有重要应用。
光的粒子性和波动性的结合，使得光成为一种极为特殊和重要的物质，其深入研究具有广阔的前景和潜在的应用价值。
波粒二象性科普
波粒二象性科普PPT
结语
波粒二象性科普PPT
波粒二象性是量子力学的基本原 理之一，它揭示了物质同时具有 波动和粒子的双重性质。这一原 理已经得到了广泛的实验验证，也为我们提供 了全新的思考方式和技术手段
波粒二象性科普PPT
实验证明波粒二象性
双缝实验：通过双缝实验，我们可以看到单个光子 如何同时通过两个缝隙，形成干涉条纹。这证明了 光具有波动和粒子双重性质
康普顿散射：当X射线撞击石墨时，部分能量被吸 收，并散射出较长的波长。这证明了光的粒子性
电子衍射：电子通过晶体时，会以明亮的衍射环的 形式散射出来。这证明了电子的波动性
波粒二象性科普PPT
波粒二象性的具体应用
量子计算：量子计算利用了 量子力学的叠加原理，使得 计算速度大大超过经典计算 机。这是波粒二象性的重要 应用之一
量子通信：量子通信利用了 量子力学的不可克隆原理， 保证了信息传输的安全性。 这也是波粒二象性的应用之 一
X射线成像：在医 疗、工业等领域 ，X射线被广泛用 于成像。这是利 用了X射线的粒子 性
波粒二象性科普PPT
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1
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目录
3
CONTENTS
4
5
波粒二象性的概述 波粒二象性的历史背景
实验证明波粒二象性 波粒二象性的具体应用
结语
波粒二象性科普PPT
01
02
03
04
05
波粒二象性的概
波粒二象性的历
实验证明波粒二
波粒二象性的具
结语
述
史背景
象性
体应用
波粒二象性科普PPT
光的波粒二象性的实例
光的波粒二象性的实例光的波粒二象性是指光既可以表现为波动性，也可以表现为粒子性。
这是一个令物理学家们长期以来深感困惑的问题，下面将介绍一些光的波粒二象性的实例。
1. 光的干涉实验光的干涉实验是光的波动性的典型实例。
当光通过两个狭缝时，根据光的波动性，光波将形成交替的高低亮度带。
当光束经过这两个狭缝后，光波将发生干涉，产生干涉条纹，这是光的波动性的表现。
然而，当用单个光子依次通过这两个狭缝时，尽管光是以粒子形式传播的，但多次实验结果堆积起来也会形成干涉条纹，这说明光既具有波动性，又具有粒子性。
2. 光的光电效应光的光电效应是光的粒子性的实例。
当光照射到金属表面时，能量足够高的光子可以使金属中的电子脱离原子，形成光电子。
根据光的粒子性，光的能量被分割成了不同的光子，光的频率越高，光子的能量越大。
光电效应的实验结果表明，只有当光子的能量超过一定的阈值，金属上的电子才会被激发，这与粒子的特性相符合。
而光的强弱仅仅影响光电子的数量，而不影响光电子的动能，这表明光的粒子性。
3. 光的康普顿散射光的康普顿散射是光的波粒二象性共存的实例。
康普顿散射是指当光与物质微粒碰撞时，光子也会发生散射现象。
康普顿散射实验证明，光的波长的变化可以通过波动性解释，而光的波长的变化对应着光子动量的变化，而不是光的强度的变化，这符合粒子性的特征。
4. 光的条纹衍射光的条纹衍射是光的波动性的实例。
当光通过一个狭缝时，光波会在狭缝前形成衍射现象。
根据光的波动性，光波会经过衍射后产生明暗相间的条纹。
而每个条纹的宽度与光的波长有关，符合光的波动性。
然而，用逐个入射的光子进行实验时，当光子的数量足够多时，实验结果也会形成同样的衍射条纹。
这表明光的粒子数目的统计效应，使得光表现出了波动性。
5. 光的荧光现象光的荧光现象是光的粒子性的实例。
当高能光或粒子束照射到物质上时，物质原子的电子被激发到高能级，随后会自发地退回低能级，释放出能量。
这些能量以光子的形式发射出去，从而产生荧光。
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康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几 篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进 来了某种荧光辐射”；在计算中起先只考虑能量守恒， 后来才认识到还要用动量守恒。
康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。 .
五、吴有训对研究康普顿效应的贡献
波长的偏移只与散射角j 有关，而与散射物质 种类及入射的X射线的波长0 无关，
0
c(1cojs)
c = 0.0241Å=2.4110-3nm（实验值）
称为电子的Compton波长
只有当入射波长0与c可比拟时，康普顿效应才显
著，因此要用X射线才能观察到康普顿散射，用可 见光观察不到康普顿散射。
.
光的 干涉
赖媒介
.
麦克斯韦
镜面检测
薄膜干涉
增透膜
光的干涉和衍射现象表明光确实是一种波
钢针的衍射
圆孔衍射
.
圆屏衍射
光电效应以及 康普顿效应等 无可辩驳的证 实了光是一种 粒子．
爱因斯坦
.
康普顿
光到底是一种波，还是一种粒子 呢？
.
减弱光源，直到只剩下一个光子
图4-3-3 光. 的双缝干涉
结论
1、图片呈现杂乱无章的几
两者相互排斥性，。相互矛盾！！！
牛顿
波动说：认为波是一种 机械波，没有物质性， 在太空中传播要依赖 “以太”这种媒介。 .
惠更斯
光子说：认为光是一份一份
的光子构成，是一种没有静
止质量的特殊物质，具有波
动性。
两者是统一的，并没有否定对 方！
爱因斯坦
电磁说：认为光是一种电
磁波，是物质的一种特殊
形态，在真空传播不需依
2. 若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原 子交换能量,由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论 ， 碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。 3. 因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改 变和散射角有关。
.
四.康普顿散射实验的意义
（1）有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设；
（2）首次在实验上证实了“光子具有动量” 的假设；
j =0O j =45O
散射中出现 ≠0 的现象，称
为康普顿散射。
康普顿散射曲线的特点：
1.除原波长0外出现了移向 长波方向的新的散射波长 。
j =90O
2.新波长 随散射角的增大
而增大。波长的偏移为
0 j =135O
0
0.700
0.750
λ 波长 （Ao ）.
二、经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难
希腊字母: ν 读[n. ju:],音同new
光的本性
菲涅耳
托马斯·杨 衍射实验
赫兹 电磁波实验
惠更斯 双缝干涉 波动说 实验
麦克斯韦 电磁说
波 动 性
1690 1672
1801 1814
1864 1888 1905
……….
T/年
牛顿
赫兹
爱因斯坦
粒 子
微粒说
发现光电效应 光子说
性
牛顿微粒说 占主导地位
短
个亮点清晰的显示了光的
粒子性．
2、亮点在感光片上形成
曝
模糊的亮纹，形成了干涉
光 时
条纹。说明了波动性是
间
每一个光子的属性。
并且每一次光子落在亮条
长
纹的可能性大，落在暗条
纹处的可能性小。
.
干涉条纹是光子落在感光片上各点的概率 分布的反映。光是一种概率波。
光的波粒二象性：
⑴个别光子的作用效果往往表现为粒子性;大 量光子的作用效果往往表现为波动性. ⑵ν高的光子容易表现出粒子性;ν低的光子容 易表现出波动性. ⑶光在传播过程中往往表现出波动性;在与物 质发生作用时往往表现为粒子性.
1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作.
1925—பைடு நூலகம்926年，吴有训用银的X射线(0 =5.62nm)
为入射线, 以15种轻重不同的元素为散射物质，
在同一散射角( j 1200 )测量
各种波长的散射光强度，作了 大量 X 射线散射实验。
对证实康普顿效应作出了重要 贡献。
.
吴有训 （1897-1977）
一.康普顿散射的实验装置与规律：
X 射线管
晶体
光阑
散射波长
0
j
探
测
器
石墨体 (散射物质)
X 射线谱仪
.
康普顿正在测晶体
对X 射线的散射
按经典电磁理论： 如果入射X光是
某种波长的电磁波， 散射光的波长是不 会改变的！
.
.... .. ............................................. .............................
1801年，英国物理学家托马斯·杨在实
验室里成功的观察到了光的干涉．
两列或几列光波在空间相遇时相互叠加， 在某些区域始终加强，在另一些区域则始终 削弱，形成稳定的强弱分布的现象。
.
一、光的干涉现象---杨氏干涉实验
1、装置特点：
（1）双缝很近 0.1mm，
（2）双缝S1、S2与单缝S的距离相等. 单缝 双缝
波动说 渐成真理
.
光的本性
学说 代表人物
依据
观点
微粒说 牛顿
光的直进反射
弹性粒子
波动说 惠更斯 干涉、衍射
光是一种机械波
电磁说 麦克斯韦 真空、横波、速度 电磁波
.
光的本性
光的干涉
光的
光的
光
波动说 电磁说
的
本
性
光的衍射 电磁波谱
1. 根据经典电磁波理论，当电磁波通过物 质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其 频率等于入射光频率，所以它所发射的散 射光频率应等于入射光频率。 2. 无法解释波长改变和散射角的关系。
.
三、光子理论对康普顿效应的解释
康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果，具体解释 如下： 1. 若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子, 散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波。
屏幕
2、①滤光片的作用：得到单
色光. ②单孔的作用：是获得点
光源.
S1 S
③双孔的作用：相当于两
S2
个振动情况完全相同的光源， 红滤色片
双孔的作用是获得相干光源.
得到相干光源：. 一分为二的思想
光的干涉
双缝干涉
激 光 束
双 缝
屏上看到明暗相间的条纹
屏
.
光到底是什么？……………
微粒说：认为光是一种 粒子流，是实物粒子， 有静止质量，没有波动
高中物理·选修3-5·教科版
4.3 光的波粒二象性
.
1.光的散射 光在介质中与物质微粒相互作用,因而传
播方向发生改变,这种现象叫做光的散射. 2 康普顿效应
1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的 实验时，发现散射线中除有与入射线波长相 同的射线外，还有比入射线波长更长的射线， 其波长的改变量与散射角有关，而与入射线 波长和散射物质都无关. 。