光的波粒二象性 (26张)
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1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作.
1925—1926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wk.baidu.com出了重要 贡献。
.
吴有训 （1897-1977）
（3）证实了在微观世界的单个碰撞事件中， 动量和能量守恒定律仍然是成立的。
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
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
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
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
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
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！
.
.... .. ............................................. .............................
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
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；
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. 。
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。
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
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
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.
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
1925—1926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wk.baidu.com出了重要 贡献。
.
吴有训 （1897-1977）
（3）证实了在微观世界的单个碰撞事件中， 动量和能量守恒定律仍然是成立的。
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
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
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
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
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
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！
.
.... .. ............................................. .............................
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
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；
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. 。
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。
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
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
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.
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