17.3-粒子的波动性PPT课件
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1900年普朗克提出辐射能量的量子化理论,成功地解释了黑体 辐射问题。1905年爱因斯坦提出光量子理论,圆满地解释了光电 效应。爱因斯坦的结论于1923年被. 康普顿的散射实验所证实。8
从光学发展史可以看出,光的干涉、衍射、 偏振等现象证实了光的波动性,而黑体辐射、 光电效应和康普顿效应等又证实了光的微粒性, 光具有“波粒二相性”(Wave-particle duality)。光在传播的过程中主要表现出波动 性,而在与物质相互作用时主要表现出微粒性。
细论述了光的直线传播、光的反射以及平面镜、凹面镜和凸面镜 的成像规律。而在之后约一百年,古希腊的欧几里德也专门著书 《光学》,对人眼为何能看到物体、光的反射性质、球面镜焦点
等问题进行了探讨。
1621年荷兰科学家菲涅耳(W. snell, 1580~1626)从实验归
纳出反射定律、折射定律,在此基础上诞生了几何光学。
波,它们的区别仅是频率(波长)不同而已,从而使光的波
动理论成为电磁理论的一部分.。
7
四、量子光学时期
19世纪末到20世纪初,光学的研究深入到光的发生、光和物 质的相互作用的微观结构中。一些新的实验,如热辐射、光电效 应和康普顿效应等,用经典电磁波理论都无法解释。
普朗克(Planck) 爱因斯坦(Einstein) 康普顿(Compton)
二.粒子的波粒二象性
一个质量为 m 的实物粒子以速率 v 运动时, 即具有以能量ε和动量 p 所描述的粒子性,同时 也具有以频率 v 和波长λ所描述的波动性。
Eh
p h
E h
h p
爱因斯坦 ─ 德布罗意关系式
与粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波.
─ 德布罗意波长(de Broglie wavelength)
.
9
光学发展史
托马斯·杨 菲涅耳 双缝干涉 衍射实验
赫兹 电磁波实验
实验
惠更斯
麦克斯韦
波
波动说
电磁说
动
性
1690 1801 1814 1672
18641888 1916 1905 1922
T/年
牛顿 微粒说
赫兹 发现光电效应
爱因斯坦 光子说
粒 康普顿效应 子
性
牛顿微粒说 占主导地位
密立根 波动说 光电效应实验 渐成真理 .
胡克(Hooke)
光的直线传播
波 惠更斯(Huygens)
光的反射
动 托马斯·杨(T.Young) 光的折射
说 夫琅和费(Fraunhofer) 光在折射率大的介质中
菲涅耳(Fresnel)
传播速率小【该结论于1862
傅科(Foucault)
年
.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
被傅科实验所证实】 5
对光的波动说给予有力支持的几个实验: 1、 1801年托马斯 · 杨(Thomas Young)完成了著名的 “杨氏”实验,并提出了干涉原理; 2、 1809年,马吕斯(Malus)发现了光的横波性;(尽 管马吕斯当时认为他的发现是对波动说有力的驳斥) 3、 1815年,菲涅耳(Fresnel)综合了惠更斯子波假设 和杨氏干涉原理,用次波干涉理论成功地解释了光的直线传 播规律,并且定量地说明了光的衍射图样光强分布规律(如 泊松亮斑)。
举了几个世纪以来两种学说的拥护者,以及它们刚被提出
时的出发点和存在的问题:
.
4
支持者
能够解释/无法解释(刚提出时)
牛顿(Newton)
光的直线传播
微 毕奥(Biot)
光的反射
粒 拉普拉斯(Laplace) 光的折射
说 泊松(Poission)
光在折射率大的介质中传播
马吕斯(Malus)
速率小
光的干涉
.
6
三、光的电磁学说
光是一种电磁波。
你的预言是对的!
麦克斯韦(Maxwell )
赫兹(Hertz )
1860年,麦克斯韦总结出麦克斯韦方程组,得出电磁波在 真空中传播的速度等于光速 c ,从而预言光是一种电磁波。 1888年赫兹用实验证实了麦克斯韦的预言。
通过大量实践可知,红外线、紫外线和X 射线等都是电磁
10
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。”
• 那么光的本性到底是什么?
.
11
一.光的波粒二象性
粒子性
(具有能量)
ph
(具有动量)
波动性
(具有频率)
(具有波长)
17.3崭新的一页: 粒子的波动性
德布罗意 (de Broglie, 1892-1987)
第十七章 波粒二象性
----- 光的认识发展史-------
什么是光? 光是什么? 让我们 抚去岁月的风尘 打开历史的卷面 踏着前人的足迹 回顾一下光学说的发展
光学发展史
光是什么?
一、几何光学时期
早在我国先秦时代(公元前400-382年),《墨经》中就详
m2ch
p mc h
h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁
频率低、波长长, 波动性较明显
光具有波粒二象性
频率高、波长短, 粒子性较明显
二.粒子的波粒二象性
德布罗意原来学习历史,后来 改学理论物理学。他善于用历史的 观点,用类比方法分析问题。
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。
1929年,德布罗意荣获诺贝尔物理学奖,在 颁奖仪式上,主席奥西恩无限感慨地说:“如果 诗人把我们的人生比作是波,改为我们是波才 更为贴切。”
既然一切运动的物体都具有波动性,那么宏 观物体为什么仅表现出粒子性,而没有表现出波 动性呢?
下面通过两个例子来进行说明。
如:速度υ = 5.0102m/s飞行的子弹,质量为 m =10-2Kg,对应的德布罗意波长为:
1924年,他考虑到普朗克量子 爱因斯坦光子理论的成功在博士论 文《关于量子理论的研究》中大胆 地把光的波粒二象性推广实物粒子, 如电子,质子等。于是他提出实物 粒子也具有波动性。这种与实物粒 子相联系的波称为德布罗意波.
爱因斯坦觉察到德布罗意物质
波思想的重大意义,誉之为“揭开
一幅大幕的一角”。
.
14
.
3
二、光的微粒说和波动说
光是一种粒子!
光是一种波!
牛顿(Newton)
惠更斯(Huygens)
1668年英国科学家牛顿(Newton)提出光的微粒说,
1678年荷兰物理学家惠更斯(Huygens)提出光的波动说。
两种学说的争论持续了几个世纪,起初微粒说占优,到19
世纪初,人们对光本质的认识逐渐趋向于波动说。下表例
从光学发展史可以看出,光的干涉、衍射、 偏振等现象证实了光的波动性,而黑体辐射、 光电效应和康普顿效应等又证实了光的微粒性, 光具有“波粒二相性”(Wave-particle duality)。光在传播的过程中主要表现出波动 性,而在与物质相互作用时主要表现出微粒性。
细论述了光的直线传播、光的反射以及平面镜、凹面镜和凸面镜 的成像规律。而在之后约一百年,古希腊的欧几里德也专门著书 《光学》,对人眼为何能看到物体、光的反射性质、球面镜焦点
等问题进行了探讨。
1621年荷兰科学家菲涅耳(W. snell, 1580~1626)从实验归
纳出反射定律、折射定律,在此基础上诞生了几何光学。
波,它们的区别仅是频率(波长)不同而已,从而使光的波
动理论成为电磁理论的一部分.。
7
四、量子光学时期
19世纪末到20世纪初,光学的研究深入到光的发生、光和物 质的相互作用的微观结构中。一些新的实验,如热辐射、光电效 应和康普顿效应等,用经典电磁波理论都无法解释。
普朗克(Planck) 爱因斯坦(Einstein) 康普顿(Compton)
二.粒子的波粒二象性
一个质量为 m 的实物粒子以速率 v 运动时, 即具有以能量ε和动量 p 所描述的粒子性,同时 也具有以频率 v 和波长λ所描述的波动性。
Eh
p h
E h
h p
爱因斯坦 ─ 德布罗意关系式
与粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波.
─ 德布罗意波长(de Broglie wavelength)
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光学发展史
托马斯·杨 菲涅耳 双缝干涉 衍射实验
赫兹 电磁波实验
实验
惠更斯
麦克斯韦
波
波动说
电磁说
动
性
1690 1801 1814 1672
18641888 1916 1905 1922
T/年
牛顿 微粒说
赫兹 发现光电效应
爱因斯坦 光子说
粒 康普顿效应 子
性
牛顿微粒说 占主导地位
密立根 波动说 光电效应实验 渐成真理 .
胡克(Hooke)
光的直线传播
波 惠更斯(Huygens)
光的反射
动 托马斯·杨(T.Young) 光的折射
说 夫琅和费(Fraunhofer) 光在折射率大的介质中
菲涅耳(Fresnel)
传播速率小【该结论于1862
傅科(Foucault)
年
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
被傅科实验所证实】 5
对光的波动说给予有力支持的几个实验: 1、 1801年托马斯 · 杨(Thomas Young)完成了著名的 “杨氏”实验,并提出了干涉原理; 2、 1809年,马吕斯(Malus)发现了光的横波性;(尽 管马吕斯当时认为他的发现是对波动说有力的驳斥) 3、 1815年,菲涅耳(Fresnel)综合了惠更斯子波假设 和杨氏干涉原理,用次波干涉理论成功地解释了光的直线传 播规律,并且定量地说明了光的衍射图样光强分布规律(如 泊松亮斑)。
举了几个世纪以来两种学说的拥护者,以及它们刚被提出
时的出发点和存在的问题:
.
4
支持者
能够解释/无法解释(刚提出时)
牛顿(Newton)
光的直线传播
微 毕奥(Biot)
光的反射
粒 拉普拉斯(Laplace) 光的折射
说 泊松(Poission)
光在折射率大的介质中传播
马吕斯(Malus)
速率小
光的干涉
.
6
三、光的电磁学说
光是一种电磁波。
你的预言是对的!
麦克斯韦(Maxwell )
赫兹(Hertz )
1860年,麦克斯韦总结出麦克斯韦方程组,得出电磁波在 真空中传播的速度等于光速 c ,从而预言光是一种电磁波。 1888年赫兹用实验证实了麦克斯韦的预言。
通过大量实践可知,红外线、紫外线和X 射线等都是电磁
10
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。”
• 那么光的本性到底是什么?
.
11
一.光的波粒二象性
粒子性
(具有能量)
ph
(具有动量)
波动性
(具有频率)
(具有波长)
17.3崭新的一页: 粒子的波动性
德布罗意 (de Broglie, 1892-1987)
第十七章 波粒二象性
----- 光的认识发展史-------
什么是光? 光是什么? 让我们 抚去岁月的风尘 打开历史的卷面 踏着前人的足迹 回顾一下光学说的发展
光学发展史
光是什么?
一、几何光学时期
早在我国先秦时代(公元前400-382年),《墨经》中就详
m2ch
p mc h
h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁
频率低、波长长, 波动性较明显
光具有波粒二象性
频率高、波长短, 粒子性较明显
二.粒子的波粒二象性
德布罗意原来学习历史,后来 改学理论物理学。他善于用历史的 观点,用类比方法分析问题。
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。
1929年,德布罗意荣获诺贝尔物理学奖,在 颁奖仪式上,主席奥西恩无限感慨地说:“如果 诗人把我们的人生比作是波,改为我们是波才 更为贴切。”
既然一切运动的物体都具有波动性,那么宏 观物体为什么仅表现出粒子性,而没有表现出波 动性呢?
下面通过两个例子来进行说明。
如:速度υ = 5.0102m/s飞行的子弹,质量为 m =10-2Kg,对应的德布罗意波长为:
1924年,他考虑到普朗克量子 爱因斯坦光子理论的成功在博士论 文《关于量子理论的研究》中大胆 地把光的波粒二象性推广实物粒子, 如电子,质子等。于是他提出实物 粒子也具有波动性。这种与实物粒 子相联系的波称为德布罗意波.
爱因斯坦觉察到德布罗意物质
波思想的重大意义,誉之为“揭开
一幅大幕的一角”。
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二、光的微粒说和波动说
光是一种粒子!
光是一种波!
牛顿(Newton)
惠更斯(Huygens)
1668年英国科学家牛顿(Newton)提出光的微粒说,
1678年荷兰物理学家惠更斯(Huygens)提出光的波动说。
两种学说的争论持续了几个世纪,起初微粒说占优,到19
世纪初,人们对光本质的认识逐渐趋向于波动说。下表例