光的波动性与粒子性PPT
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人教版高中物理选修3-5课件：17-2光的粒子性 (共70张PPT)
光电子多
，因而饱和电流大，所以饱和电流与光强成 正 比．
三、康普顿效应和光子的动量 1．光的散射 光在介质中与物体微粒的相互作用，使光的传播方向
发生改变 的现象．
2．康普顿效应 在光的散射中，除了与入射波长相同的成分外，还有波 长 更长 的成分．
3．康普顿效应的意义 康普顿效应表明光子除了具有能量之外，还具有动量， 深入揭示了光的 粒子 性的一面． 4．光子的动量 根据爱因斯坦狭义相对论中的质能方程 E＝mc2 和光子 说 ε＝hν，每个光子的质量是 hν 光子的动量是 p＝ c 或
3．光子的能量与入射光的强度：光子的能量即每个光子的 能量，其值为E＝hν(ν为光子的频率)，其大小由光的频率决 定．入射光的强度指单位时间内照射到金属表面单位面积上的 总能量，入射光的强度等于单位时间内光子能量与入射光子数 的乘积．
4．光电流和饱和光电流：金属板飞出的光电子到达阳极， 回路中便产生光电流，随着所加正向电压的增大，光电流趋于 一个饱和值，这个饱和值是饱和光电流，在一定的光照条件 下，饱和光电流与所加电压大小无关． 5．光的强度与饱和光电流：饱和光电流与入射光强度成正 比的规律是对频率相同的光照射金属产生光电效应而言的，对 于不同频率的光，由于每个光子的能量不同，饱和光电流与入 射光强度之间没有简单的正比关系．
要 点 导 学
要点一 正确理解光电效应中的五组概念
1.光子与光电子：光子指光在空间传播时的每一份能量，光 子不带电，光电子是金属表面受到光照射时发射出来的电子， 其本质是电子，光子是光电效应的因，光电子是果．
2．光电子的动能与光电子的最大初动能：光照射到金属表 面时，光子的能量全部被电子吸收，电子吸收了光子的能量， 可能向各个方向运动，需克服原子核和其他原子的阻碍而损失 一部分能量，剩余部分为光电子的初动能；只有金属表面的电 子直接向外飞出时，只需克服原子核的引力做功，才具有最大 初动能．光电子的初动能小于或等于光电子的最大初动能．
人教版高中物理选修3-5 第17章 第3节 粒子的波动性(共45张PPT)
们之所以观察不到宏观物体的波动性,是因为宏观物体对 应的波长太小的缘故.（一切实物粒子都有波动性）
(2)德布罗意是一种概率波,粒子在空间各处出现的概率受到 波动规律的支配,不要以宏观观点中的波（机械波）来理 解德布罗意波.
第12第页1共2页42 页
(3)德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广,使之包括 了所有的物质粒子,即光子和实物粒子都具有粒子性,又都 具有波动性,与光子对应的是电磁波,与实物粒子对应的波 是物质波.
④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。
第6页第共6页42 页
二､粒子的波动性 1.物质波
波
德布罗意 (due de Broglie, 1892-1960)
法国物理学家，1929 年诺贝尔物理学奖获
得者，波动力学的创
始人，量子力学的奠 基人之一。
第7页第共7页42 页
答案:(1)4.0×10-10 m 6.63×10-35 m
第34第页3共4页42 页
1.对光的行为,下列说法正确的是( ) A.个别光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表
现为波动性
B.光的波动性是光的一种特性,不是光子之间的相互 作用引起的
C.光表现出波动性时,就不具有粒子性了,光表现出 粒子性时,就不具有波动性了
毒样貌
第23第页2共3页42 页
人类对于光的认识历程
能量量子化 普朗克
德布罗意： 粒子和波这两种观点应该以某种方式统一
第24第页2共4页42 页
父子诺贝尔奖——汤姆逊
J.J.汤姆逊 1856-1940 1906年,汤姆逊由于发现电 子和对气体放电理论和实验 做出了重大贡献获得诺贝尔 物理学奖。
是粒子.虽然光子和电子都是微观粒子,都具有波粒 二象性,但电子是实物粒子,有静止的质量;光子不 是实物粒子,没有静止的质量,电子是以实物粒子存 在的物质,而光子是以场的形式存在的物质,所以不 能说光子和电子是同样的一种粒子,大量光子的行 为往往表现出波动性,
(2)德布罗意是一种概率波,粒子在空间各处出现的概率受到 波动规律的支配,不要以宏观观点中的波（机械波）来理 解德布罗意波.
第12第页1共2页42 页
(3)德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广,使之包括 了所有的物质粒子,即光子和实物粒子都具有粒子性,又都 具有波动性,与光子对应的是电磁波,与实物粒子对应的波 是物质波.
④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。
第6页第共6页42 页
二､粒子的波动性 1.物质波
波
德布罗意 (due de Broglie, 1892-1960)
法国物理学家，1929 年诺贝尔物理学奖获
得者，波动力学的创
始人，量子力学的奠 基人之一。
第7页第共7页42 页
答案:(1)4.0×10-10 m 6.63×10-35 m
第34第页3共4页42 页
1.对光的行为,下列说法正确的是( ) A.个别光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表
现为波动性
B.光的波动性是光的一种特性,不是光子之间的相互 作用引起的
C.光表现出波动性时,就不具有粒子性了,光表现出 粒子性时,就不具有波动性了
毒样貌
第23第页2共3页42 页
人类对于光的认识历程
能量量子化 普朗克
德布罗意： 粒子和波这两种观点应该以某种方式统一
第24第页2共4页42 页
父子诺贝尔奖——汤姆逊
J.J.汤姆逊 1856-1940 1906年,汤姆逊由于发现电 子和对气体放电理论和实验 做出了重大贡献获得诺贝尔 物理学奖。
是粒子.虽然光子和电子都是微观粒子,都具有波粒 二象性,但电子是实物粒子,有静止的质量;光子不 是实物粒子,没有静止的质量,电子是以实物粒子存 在的物质,而光子是以场的形式存在的物质,所以不 能说光子和电子是同样的一种粒子,大量光子的行 为往往表现出波动性,
光的波动性
（3）单色光明（暗）条纹间距相同，各明条纹的亮度相同 中央是明条纹 红光干涉条纹间距最宽、紫光的干涉条纹间距最窄 屏到光源的距离增大，干涉条纹间距增大
白光内各种单色光的干涉条纹间距不同，屏上出现， 中央白色明条纹，两侧彩色条纹．
是不是只有双缝射出的相干光才能发生干涉呢？
三、薄膜干涉
1 、一束光经薄膜的两个表面反射后，形成的两束反 射光产生的干涉现象叫薄膜干涉．
光的直线传播
二、 十九世纪初，人们成功地观察到光的干 涉、衍射现象，确立了波动说。 三、 19世纪60年代麦克斯韦预言电磁波的存 在，并提出光的电磁说，认为光是一种电磁波。 赫兹通过实验证明了光是一种电磁波。 四、19世纪末,光电效应现象的发现，对波动说提 出挑战。20世纪初爱因斯坦提出光子说，解释了 光电效应现象，说明光子具有粒子性。
蓝光干涉
白光干涉
二、光的干涉
1、干涉条件：
1、两束振动情况完全相同的光在空间相互叠加，形成明 暗相间条纹的现象，叫做光的干涉。
2、干涉现象
3、干涉成因
光 束 缝双
屏上看到明暗相间的条纹 屏
4、干涉条纹规律 P1 S1 S2
Δr
P
P1 P2
P
Δx
相干光源 光程差
S1、S2
Δ r =P1S2－P1S1
d s
s1 s2
2、薄膜两表面的反射光的叠加
d1 d2
明 暗
2d1 = n
2d2=(2n +1) /2
——液膜中的波长
3、人与火焰同侧（入射光侧）,可以观察到水平的干涉条纹。
4、薄膜干涉在生产技术中的应用：
（1）用干涉法检查表面是否平整
a
a
a处条纹弯曲，被测表面有什么问题？
白光内各种单色光的干涉条纹间距不同，屏上出现， 中央白色明条纹，两侧彩色条纹．
是不是只有双缝射出的相干光才能发生干涉呢？
三、薄膜干涉
1 、一束光经薄膜的两个表面反射后，形成的两束反 射光产生的干涉现象叫薄膜干涉．
光的直线传播
二、 十九世纪初，人们成功地观察到光的干 涉、衍射现象，确立了波动说。 三、 19世纪60年代麦克斯韦预言电磁波的存 在，并提出光的电磁说，认为光是一种电磁波。 赫兹通过实验证明了光是一种电磁波。 四、19世纪末,光电效应现象的发现，对波动说提 出挑战。20世纪初爱因斯坦提出光子说，解释了 光电效应现象，说明光子具有粒子性。
蓝光干涉
白光干涉
二、光的干涉
1、干涉条件：
1、两束振动情况完全相同的光在空间相互叠加，形成明 暗相间条纹的现象，叫做光的干涉。
2、干涉现象
3、干涉成因
光 束 缝双
屏上看到明暗相间的条纹 屏
4、干涉条纹规律 P1 S1 S2
Δr
P
P1 P2
P
Δx
相干光源 光程差
S1、S2
Δ r =P1S2－P1S1
d s
s1 s2
2、薄膜两表面的反射光的叠加
d1 d2
明 暗
2d1 = n
2d2=(2n +1) /2
——液膜中的波长
3、人与火焰同侧（入射光侧）,可以观察到水平的干涉条纹。
4、薄膜干涉在生产技术中的应用：
（1）用干涉法检查表面是否平整
a
a
a处条纹弯曲，被测表面有什么问题？
《大学物理光学》PPT课件
3
光学仪器的发展趋势 随着光学技术的不断发展，光学仪器正朝着高精 度、高灵敏度、高分辨率和自动化等方向发展。
03
波动光学基础
Chapter
波动方程与波动性质
波动方程
描述光波在空间中传播的数学模型，包括振幅、频率、波长等参现象，是波动光学的基础。
偏振现象及其产生条件
干涉仪和衍射仪使用方法
干涉仪使用方法
通过分束器将光源发出的光波分成两束，再经过反射镜反射后汇聚到一点，形成干涉图样。通过调整反射镜的位 置和角度，可以观察不同干涉现象。
衍射仪使用方法
将光源发出的光波通过衍射光栅或单缝等衍射元件，观察衍射现象。通过调整光源位置、衍射元件参数等，可以 研究光的衍射规律。
光的反射与折射现象
光的反射
光在两种介质的分界面上改变传播方向又返回原来 介质中的现象。反射定律：反射光线、入射光线和 法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居法线 两侧，反射角等于入射角。
光的折射
光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生 改变的现象。折射定律：折射光线、入射光线和法 线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线两 侧，折射角与入射角的正弦之比等于两种介质的折 射率之比。
了解干涉条纹的形成和特点。
衍射光栅测量光谱线宽度
03
使用衍射光栅测量光谱线的宽度，掌握衍射光栅的工作原理和
测量方法。
量子光学实验项目注意事项
单光子源的制备与检测 了解单光子源的概念、制备方法及其检测原理，注意实验 过程中的光源稳定性、探测器效率等因素对实验结果的影 响。
量子纠缠态的制备与观测 熟悉量子纠缠态的基本概念和制备方法，掌握纠缠态的观 测和度量方法，注意实验中的环境噪声、探测器暗计数等 因素对纠缠态的影响。
《光的波粒二象性》课件
添加标题
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光的衍射：指光波在传播过程中遇 到障碍物时，光波发生弯曲绕过障 碍物的现象，形成衍射条纹。
联系：干涉和衍射都是光波的波动 性的表现，两者在某些情况下是难 以区分的。
光的偏振
偏振光的概念
光的偏振：光在传播 过程中，其电矢量在 垂直于传播方向的平 面内做有规律的振动
光的波粒二象性
汇报人：
目录
添加目录标题
01
光的干涉与衍射
04
光的本质
光的偏振
02
05
光的波粒二象性
光的量子性
03
06
添加章节标题
光的本质
光的定义
光是一种电磁 波，具有波粒
二象性
光的波长范围 很广，从无线 电波到伽马射
线
光的传播速度 是每秒约30万
公里
光的能量与频 率成正比，与
波长成反比
光的传播方式
量子计算：利用光的波粒二象性进 行量子计算
光的干涉与衍射
光的干涉现象
光的干涉：当两束光相遇时，会发生干涉现象，形成明暗相间的条纹
干涉条纹：干涉条纹的间距、亮度和形状与光的波长、频率和相位有关
干涉原理：光的干涉是由于光的波动性引起的，当两束光相遇时，它们的波峰和波谷相互叠加，形 成干涉条纹
量子光学的研究意义和价值
量子光学是研究光的量子性质及其应用的学科，具有重要的科学意义。 量子光学的研究成果可以应用于量子通信、量子计算等领域，具有重要的应用价值。 量子光学的研究可以推动量子技术的发展，为未来的科技进步提供新的动力。 量子光学的研究可以加深我们对光的本质和宇宙的认识，具有重要的哲学意义。
感谢您的观看
汇报人：Biblioteka 偏振光与干涉、衍射的关系干涉：两束偏振光相遇时，振 动方向相同的部分叠加，振动 方向相反的部分抵消
光的波粒二象性课件1
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波恩指出：虽然不能肯定某个光子落在哪一点， 但由屏上各处明暗不同可知，光子落在各点的概率是不 一样的，即光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处的概 率小．这就是说，光子在空间出现的概率可以通过波动 的规律确定，所以，从光子的概念上看，光波是一种概 率波．
物理学中把光波叫做概率波．概率表征某一事物 出现的可能性．
3．光子不仅具有能量，其表达式为ε_＝__h_ν____，还具有
动量 ________，其表达式为
p＝hλ.
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4．光的干涉和衍射实验表明，光是一种_电__磁__波_，具 有_波__动__性___；光电效应和康普顿效应则表明，光在与物 体_相_互__作__用__时，必须看成是一颗颗__光__子____的形式出现 的，具有__粒__子__性__．
7．干涉条纹是光子在感光片上各点的_概__率_____分布 的反映．这种__概__率____分布就好像_波__的__强__度_____的分布， 称光波是一种概率波．
栏目链接
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知识点1 康普顿效应及其解释
用光照射物体时，散发出来的光的波长会变长，这种现象 后来称为康普顿效应． 光电效应揭示出光的粒子性，爱因斯坦进一步提出光子的动量 应为 p＝hλ.康普顿借助爱因斯坦的光子假说解析了散射光的波 长改变的现象．康普顿认为光子不仅有能量，也像其他粒子一 样有动量，用 X 射线照射物体时，X 射线中的光子与物体中的 电子相碰，碰撞中动量
答案：1 变长
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知识点2 对光的波粒二象性的认识与理解
光具有粒子性，又有波动性，单独使用波或粒子的解 释都无法完整地描述光的所有性质，有人就把这种性质称为 波粒二象性．
大量(多数)光子行为易表现为波动性，个别(少数)光子 行为易表现出粒子性；波长较长的，易表现为波动性；波长 较短的，易表现为粒子性；光在传播的过程中，易表现为波 动性；在与其他物质相互作用时，易表现为粒子性．光是波 动性与粒子性的统一．
粒子的波动性课件
典例精析
下列有关光的波粒二象性的说法中，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．大量光子的行为往往显示出粒子性
【解析】 一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、衍 射)表现出波动性，光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性，所以， 不能说有的光是波，有的光是粒子．虽然光子与电子都是微观粒子， 都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静止质量，光子不是实物 粒子，没有静止质量，电子是以实物形式存在的物质，光子是以场形 式存在的物质，所以，不能说光子与电子是同样的一种粒子．光的波 粒二象性的理论和实验表明，大量光子的行为表现出波动性、个别光 子的行为表现出粒子性．光的波长越长，衍射性越好，即波动性越显 著，光的波长越短，其光子能量越大，个别或少数光子的作用就足以 引起光接收装置的反应，所以其粒子性就很显著，故选项 C 正确，A、 B、D 错误．
3 新课堂·互动探究 知识点一 光的波粒二象性
重点聚焦 光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性．
(1)光子的能量 ε＝hν 和动量 p＝hλ都是描述光的性质的基本关系 式．能量 ε 和动量 p 是描述物质的粒子性的重要物理量，波长 λ 和频 率 ν 是描述物质的波动性的典型物理量．两式左侧的 ε 和 p 描述光的 粒子性，右侧的物理量 ν 和 λ 描述光的波动性，它们通过普朗克常量 h 联系在一起．
(2)光的干涉、衍射与偏振实验证明光具有波动性；光电效应和康 普顿效应证明光具有粒子性．
(3)说明 ①当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质． ②少量或个别光子易显示出光的粒子性． ③频率高、波长短的光，粒子性特征显著． ④足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质． ⑤频率低、波长长的光，波动性特征显著．
《光的波动性》课件
圆孔衍射
圆孔衍射实验
通过在光源和屏幕之间设置一个小圆孔，观察光波通过圆孔后的 衍射现象。
衍射图案
圆孔衍射的图案呈现为一个明亮的中心区域，周围环绕着一圈圈明 暗相间的条纹。
条纹特点
随着与中心距离的增加，条纹逐渐变得模糊和细窄。圆孔衍射的条 纹数量和分布规律与圆孔的直径和光波波长有关。
04
光的偏振
偏振现象及其原理
散射系数
描述散射作用的强弱的物理量，与颗粒的大小、 形状、折射率、入射光的波长等因素有关。
大气散射
大气散射的分类
根据散射颗粒的大小，大气散射可分为瑞利散射和米 氏散射。
大气散射的规律
大气散射的强度与波长的四次方成反比，即波长越短 ，散射越强。
大气透射率的计算
根据大气散射的规律，可以计算出不同波长光线在大 气中的透射率。
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散射在生活中的应用
天空颜色的形成
由于大气散射作用，太阳光在穿过大气层时发生散射，形成了天空 的蓝色。
雾的形成
当大气中的水蒸气和微小颗粒较多时，会发生较强的散射作用，使 光线无法直线传播，形成雾。
防晒措施
由于紫外线容易被皮肤吸收，造成皮肤损伤，人们通常采取涂抹防晒 霜、戴帽子等措施来减少紫外线的散射作用。
干涉条件
相干光源、光程差恒定、振动方向相同。
杨氏双缝干涉实验
01
02
03
实验装置
光源、单缝、双缝源经双 缝产生两束相干光波，在 屏幕上形成干涉条纹。
实验结果
明暗交替的干涉条纹，条 纹间距与波长成正比。
薄膜干涉
薄膜干涉现象
光波在薄膜表面反射和透射时发生的 干涉现象。
【高中物理】粒子的波动性和量子力学的建立(课件) 人教版2019选择性必修第三册
光的双缝干涉、单缝衍
射表明——光具有波动性
德布罗意波
1924年，德布罗意在对光的波粒二象性、玻尔氢原子
理论以及相对论的深入研究的基础上，把波粒二象性推广
到实物粒子，如电子、质子等。
他提出假设:实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒
子都与一个对应的波相联系。粒子的能量ε和动量p跟它所
对应的波的频率v和波长λ之间，遵从如下关系：
具有波动性
小试牛刀
【例题】电子经电势差为U＝220 V的电场加速，在v＜c的情况下，求此电
子的德布罗意波长．(已知：电子质量为9.11×10－31 kg，电子电荷量为
1.6×10－19C)
分析:1.利用动能定理求速度，2.物质波波长公式求波长
1 2
2eU
在电场力作用下
mv
＝eU，得
v＝
解：
2
m
h
根据德布罗意波长λ＝ 得
，
p
2mE k
可知质子的德布罗意波波长小于电子的德布罗意波波长，波长越小则衍射现象越不明显，故 D 错误.
小试牛刀
【例题】用很弱的电子束做双缝干涉实验，把入射电子束减弱到可以认为
电子源和感光胶片之间不可能同时有两个电子存在，如图所示为不同数量
的电子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明( B )
01
粒子的波动性
02
物质波的实验验证
03
量子力学的建立
04
量子力学的应用
05
典例分析
新课导入
通过对双缝干涉、光电效应等一系列问题的
研究，人们终于认识到光既有粒子性，又有波
动性。我们已经认识到如电子、质子等实物粒
子是具有粒子性的，那么，实物粒子是否也会
光的波粒二象性(PPT课件)
1 光波、光线与光子
§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）：
§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)
应当如何理解光的波粒二象性?
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
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
17.3-粒子的波动性-课件(人教版选修3-5)
电子衍射实验2 电子束在穿过细晶体粉末 或薄金属片后，也象X射线 一样产生衍射现象。 1927年 G.P.汤姆逊 （J.J.汤姆逊之子） 也独立 完成了电子衍射实验。与 C.J.戴维森共获 1937 年诺 贝尔物理学奖。
阴极 栅极
K
G
多晶 薄膜
Cs
U
高压
屏P
此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都 具有波动性。
曝光量很少时可以清楚地看 出光的粒子性。曝光量很大时可 以看出粒子的分布遵循波动规律。
实验结果表明，如果曝光时间不太长， 底片上只出现一些无规则分布的点子，那些 点子是光子打在底片上形成的，如果曝光时 间足够长，我们无法把它们区分开，因此看 起来是连续的.单个光子通过双缝后的落点无 法预测,但是研究很多光子打在胶片上的位置, 我们发现了规律性:光子落在某些条形区域内 的可能性较大.这些条形区域正是某种波通过 双缝后发生干涉时振幅加强的区域。这个现 象表明，光子在空间各点出现的可能性的大 小（概率），
h p mc
（具有波长）
h架起了粒子性与波动性之间的桥梁
三、粒子的波粒二象性
光既具有粒子性，又具有波动性。
惠更斯 波动说 1690 1672 牛顿 微粒说 粒 子 性 波 动 性 麦克斯韦 电磁说 1864 1905源自爱因斯坦 光的波粒 二象性
1909
1924 T/年
德布罗意 爱因斯坦 光子说 粒子的波 粒二象性
人教版选修3-5
第十七章 波粒二象性
第三节 粒子的波动性
一、光的本性
有记者曾问英国物理学家、诺贝尔获奖者布拉格 教授：光是波还是粒子？ 布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一 个波，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理 学家休息。” 如果你是布拉格教授，将如何机智地回答？ 那么光的本性到底是什么？
光的粒子性和粒子的波动性
第二十页，共29页。
2、在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实
验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、
乙光、丙光)，如图所示．则可判断出( )
B
A．甲光的频率大于乙光的频率 B．乙光的波长大于丙光的波长 C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电
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
于入射光的波长。
hv
电子 hv'
碰撞前
第二十四页，共29页。
碰撞后
六、光子的能量与动量
Em2cEh
m h
c2
Pmch c2 •chc h
第二十五页，共29页。
17.3 粒子的波动性
一.光的波粒二象性
能量： Eh
hEk W0 或
Ek hW0
Ek
1 2
mevc2
——光电子最大初动能
W0 ——金属的逸出功
第十七页，共29页。
四.爱因斯坦的光电效应方程 （3）对光电效应的实验现象解释：
1、对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的 频率必须大于极限频率，才能发生光电效应，低于这个频
率就不能发生光电效应； 2、光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入 射光的频率增大而增大； 3、入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的， 一般不超过10-9秒.
多晶 薄膜
Cs
1927年 G.P.汤姆逊（J.J.汤姆
U
孙之子） 也独立完成了电子衍 射实验。与 C.J.戴维森共获 1937
高压
屏P
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。
2、在光电效应实验中，飞飞同学用同一光电管在不同实
验条件下得到了三条光电流与电压之间的关系曲线(甲光、
乙光、丙光)，如图所示．则可判断出( )
B
A．甲光的频率大于乙光的频率 B．乙光的波长大于丙光的波长 C．乙光对应的截止频率大于丙光的截止频率 D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电
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
于入射光的波长。
hv
电子 hv'
碰撞前
第二十四页，共29页。
碰撞后
六、光子的能量与动量
Em2cEh
m h
c2
Pmch c2 •chc h
第二十五页，共29页。
17.3 粒子的波动性
一.光的波粒二象性
能量： Eh
hEk W0 或
Ek hW0
Ek
1 2
mevc2
——光电子最大初动能
W0 ——金属的逸出功
第十七页，共29页。
四.爱因斯坦的光电效应方程 （3）对光电效应的实验现象解释：
1、对于任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的 频率必须大于极限频率，才能发生光电效应，低于这个频
率就不能发生光电效应； 2、光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入 射光的频率增大而增大； 3、入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的， 一般不超过10-9秒.
多晶 薄膜
Cs
1927年 G.P.汤姆逊（J.J.汤姆
U
孙之子） 也独立完成了电子衍 射实验。与 C.J.戴维森共获 1937
高压
屏P
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。
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3
荷兰物理学家惠更斯借助光 与声波的对比提出波动理论。
惠更斯原理： 波面上的每 一点（面元）都是一个次级 球面波的子波源，子波的波 速与频率等于初级波的波速 和频率，此后每一时刻的子 波波面的包络就是该时刻总 的波动的波面。其核心思想 是：介质中任一处的波动状 态是由各处的波动决定的。
4
19世纪初期，托马 斯-杨提出干涉原理， 解释了光的干涉现 象，并且测定了光 的波长。但他认为 光是纵波。
光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量
分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的
积累过程。
为了解释光电效应，爱因斯坦在能量
子假说的基础上提出光子理论，提出了光
量子假设。
13
▪ 1905年，爱因斯坦发表 论文《关于光的产生和 转化的一个试探性观 点》，提出光量子假说， 很好地解释了辐射的吸 收与发射的问题。
5
▪ 菲涅耳解释了衍射现象。 ▪ 泊松亮斑证实了光的波
动性。 ▪ 但波动说无法解释晶体
双折射和偏振现象。
6
7
▪ 随后马吕斯引入光的偏振。 ▪ 1821菲涅耳提出横波理论。 ▪ 1865年麦克斯韦发表《电
磁场的动力理论》。表明电 场和磁场以波动形式传播。 并求出电磁波的速度等于光 速。由此说明光是一种横向 振动的电磁波。
的波粒二象性.一般来说，大量光子产 生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.频率 越高的光粒子性越明显，波长越长的 电磁波波动性越明显.研究光与粒子相 互作用时，往往考虑光的粒子性，研 究光的传播时往往考虑光的波动性.
20
Hale Waihona Puke 感悟❖ 科学探索的道路上，充满未知与曲折，只 有一代又一代人前赴后继地努力，才能打 开一扇扇光明之窗。
8
1886年10月，赫兹证 明光的电磁波本质。
9
▪ 但是1887年赫兹在做实验时发现，发射回路 的电火花照射到接收回路时，会对它的接收 火花产生影响。后来又有德国霍尔瓦克斯， 俄国斯托列夫托夫进行了相关研究。
▪ 1899年，约瑟夫-汤姆孙光电流的荷质比与阴 极射线荷质比相近。这说明光电流是与阴极 射线相同的高速电子流。
21
演讲结束
谢谢！！！
22
个人观点供参考，欢迎讨论！
定的截止频率c 。 •当入射光频率 > c 时，电子才能逸出
金属表面；
阳A 极
W 石英 窗
K阴 极
G V
•当入射光频率 < c时，无论光强多大也无电子逸出金
属表面。
③光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需 时间<10-9s。
12
光电效应实验表明：饱和电流不仅与光 强有关而且与频率有关，光电子初动能也 与频率有关。只要频率高于极限频率，即 使光强很弱也有光电流；频率低于极限频 率时，无论光强再大也没有光电流。
动，以光的形式向周围传播.波动说在 解释一束光射到两种介质分界面处同 时发生反射和折射等现象时很成功， 然而在解释光遇到障碍物在其后面留 下清晰的影子时遇到了困难.
17
▪ 3.光的电磁说 ▪ 代表人物是麦克斯韦和赫兹，认为光
是一种电磁波，从而解决了光的波动 说在传播介质问题上遇到的困难.然而 在解释光电效应和康普顿效应时遇到 了困难.
15
▪ 一、光的本性学说的发展史 ▪ 1.光的微粒说 ▪ 代表人物是牛顿，认为光是从光源发出的一
种物质微粒，在均匀介质中以一定的速度传 播.微粒说很容易解释光的直进现象与反射现 象，但在解释一束光射到两种介质分界面处 会同时发生反射和折射现象时遇到了困难.
16
▪ 2.光的波动说 ▪ 代表人物是惠更斯，认为光是某种振
光的波动性与粒子性
药学院2班王海平
1
▪ 1665年，胡克最早从波 的角度研究光。
▪ 牛顿根据光的直线传播 提出粒子学说。
▪ “牛顿环”现象是牛顿 的一项重要发现。它本 来是解释光的波动性的 表现，但牛顿却用粒子 观点解释这种现象。
2
▪ 他指出:难道光线不是从 发光物质发射出来的微 小物体吗？因为这样的 物体会沿着直线穿过均 匀介质而不会弯到影子 里去。
10
2.光电效应的实验规律
1. 光电效应实验
阳
极
光线经石英窗照在阴极上，便 有电子逸出----光电子。
A
W 石英窗
K
阴
极
G
光电子在电场作用下形成光电流。
V
11
2. 光电效应实验规律
①.光电流与光强的关系
饱和光电流强度与入射光强度成正比。
②.截止频率c ----极限频率
对于每种金属材料，都相应的有一确
14
▪ 1923年，美国物理学家康普顿在研究x射线通过实 物物质发生散射的实验时，发现了一个新的现象， 即散射光中除了有原波长l0的x光外，还产生了波长 l>l0 的x光，其波长的增量随散射角的不同而变化。 这种现象称为康普顿效应(compton effect)。用经 典电磁理论来解释康普顿效应遇到了困难。康普顿 借助于爱因斯坦的光子理论，从光子与电子碰撞的 角度对此实验现象进行了圆满地解释.我国物理学家 吴有训也曾对康普顿散射实验作出了杰出的贡献。
18
▪ 4.光的量子说 ▪ 代表人物是爱因斯坦，他是在普朗克
提出的能量子假设的基础上提出的.光 子说认为在光的发射和吸收过程中光 只能一份份地发射与吸收，这一份最 小能量称为光量子，简称光子；能量 值E＝hν.光子的静质量为零，动量为 p＝hν/c.光子说能圆满解释光电效应 规律.
19
▪ 5.光的波粒二象性 ▪ 光既有粒子性，又有波动性，就是光
荷兰物理学家惠更斯借助光 与声波的对比提出波动理论。
惠更斯原理： 波面上的每 一点（面元）都是一个次级 球面波的子波源，子波的波 速与频率等于初级波的波速 和频率，此后每一时刻的子 波波面的包络就是该时刻总 的波动的波面。其核心思想 是：介质中任一处的波动状 态是由各处的波动决定的。
4
19世纪初期，托马 斯-杨提出干涉原理， 解释了光的干涉现 象，并且测定了光 的波长。但他认为 光是纵波。
光电效应具有瞬时性。而经典认为光能量
分布在波面上，吸收能量要时间，即需能量的
积累过程。
为了解释光电效应，爱因斯坦在能量
子假说的基础上提出光子理论，提出了光
量子假设。
13
▪ 1905年，爱因斯坦发表 论文《关于光的产生和 转化的一个试探性观 点》，提出光量子假说， 很好地解释了辐射的吸 收与发射的问题。
5
▪ 菲涅耳解释了衍射现象。 ▪ 泊松亮斑证实了光的波
动性。 ▪ 但波动说无法解释晶体
双折射和偏振现象。
6
7
▪ 随后马吕斯引入光的偏振。 ▪ 1821菲涅耳提出横波理论。 ▪ 1865年麦克斯韦发表《电
磁场的动力理论》。表明电 场和磁场以波动形式传播。 并求出电磁波的速度等于光 速。由此说明光是一种横向 振动的电磁波。
的波粒二象性.一般来说，大量光子产 生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.频率 越高的光粒子性越明显，波长越长的 电磁波波动性越明显.研究光与粒子相 互作用时，往往考虑光的粒子性，研 究光的传播时往往考虑光的波动性.
20
Hale Waihona Puke 感悟❖ 科学探索的道路上，充满未知与曲折，只 有一代又一代人前赴后继地努力，才能打 开一扇扇光明之窗。
8
1886年10月，赫兹证 明光的电磁波本质。
9
▪ 但是1887年赫兹在做实验时发现，发射回路 的电火花照射到接收回路时，会对它的接收 火花产生影响。后来又有德国霍尔瓦克斯， 俄国斯托列夫托夫进行了相关研究。
▪ 1899年，约瑟夫-汤姆孙光电流的荷质比与阴 极射线荷质比相近。这说明光电流是与阴极 射线相同的高速电子流。
21
演讲结束
谢谢！！！
22
个人观点供参考，欢迎讨论！
定的截止频率c 。 •当入射光频率 > c 时，电子才能逸出
金属表面；
阳A 极
W 石英 窗
K阴 极
G V
•当入射光频率 < c时，无论光强多大也无电子逸出金
属表面。
③光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需 时间<10-9s。
12
光电效应实验表明：饱和电流不仅与光 强有关而且与频率有关，光电子初动能也 与频率有关。只要频率高于极限频率，即 使光强很弱也有光电流；频率低于极限频 率时，无论光强再大也没有光电流。
动，以光的形式向周围传播.波动说在 解释一束光射到两种介质分界面处同 时发生反射和折射等现象时很成功， 然而在解释光遇到障碍物在其后面留 下清晰的影子时遇到了困难.
17
▪ 3.光的电磁说 ▪ 代表人物是麦克斯韦和赫兹，认为光
是一种电磁波，从而解决了光的波动 说在传播介质问题上遇到的困难.然而 在解释光电效应和康普顿效应时遇到 了困难.
15
▪ 一、光的本性学说的发展史 ▪ 1.光的微粒说 ▪ 代表人物是牛顿，认为光是从光源发出的一
种物质微粒，在均匀介质中以一定的速度传 播.微粒说很容易解释光的直进现象与反射现 象，但在解释一束光射到两种介质分界面处 会同时发生反射和折射现象时遇到了困难.
16
▪ 2.光的波动说 ▪ 代表人物是惠更斯，认为光是某种振
光的波动性与粒子性
药学院2班王海平
1
▪ 1665年，胡克最早从波 的角度研究光。
▪ 牛顿根据光的直线传播 提出粒子学说。
▪ “牛顿环”现象是牛顿 的一项重要发现。它本 来是解释光的波动性的 表现，但牛顿却用粒子 观点解释这种现象。
2
▪ 他指出:难道光线不是从 发光物质发射出来的微 小物体吗？因为这样的 物体会沿着直线穿过均 匀介质而不会弯到影子 里去。
10
2.光电效应的实验规律
1. 光电效应实验
阳
极
光线经石英窗照在阴极上，便 有电子逸出----光电子。
A
W 石英窗
K
阴
极
G
光电子在电场作用下形成光电流。
V
11
2. 光电效应实验规律
①.光电流与光强的关系
饱和光电流强度与入射光强度成正比。
②.截止频率c ----极限频率
对于每种金属材料，都相应的有一确
14
▪ 1923年，美国物理学家康普顿在研究x射线通过实 物物质发生散射的实验时，发现了一个新的现象， 即散射光中除了有原波长l0的x光外，还产生了波长 l>l0 的x光，其波长的增量随散射角的不同而变化。 这种现象称为康普顿效应(compton effect)。用经 典电磁理论来解释康普顿效应遇到了困难。康普顿 借助于爱因斯坦的光子理论，从光子与电子碰撞的 角度对此实验现象进行了圆满地解释.我国物理学家 吴有训也曾对康普顿散射实验作出了杰出的贡献。
18
▪ 4.光的量子说 ▪ 代表人物是爱因斯坦，他是在普朗克
提出的能量子假设的基础上提出的.光 子说认为在光的发射和吸收过程中光 只能一份份地发射与吸收，这一份最 小能量称为光量子，简称光子；能量 值E＝hν.光子的静质量为零，动量为 p＝hν/c.光子说能圆满解释光电效应 规律.
19
▪ 5.光的波粒二象性 ▪ 光既有粒子性，又有波动性，就是光