波粒二象性.pptx

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第三节第三节波粒二象性波粒二象性光的认识过程光的认识过程牛顿的微粒说牛顿的微粒说牛顿的微粒说牛顿的微粒说同时发生反同时发生反同时发生反同时发生反射和折射射和折射射和折射射和折射惠更斯的波动说惠更斯的波动说惠更斯的波动说惠更斯的波动说干涉衍射实干涉衍射实干涉衍射实干涉衍射实验难以实现验难以实现验难以实现验难以实现直线传播、反直线传播、反直线传播、反直线传播、反射、折射射、折射射、折射射、折射反射、折射、反射、折射、反射、折射、反射、折射、干涉、衍射干涉、衍射干涉、衍射干涉、衍射等现象等现象等现象等现象解释解释解释解释不清不清解释解释难点难点预言预言光波是电磁波、光波是电磁波、光波是电磁波、光波是电磁波、且是横波且是横波且是横波且是横波实验实验杨氏干涉杨氏干涉杨氏干涉杨氏干涉（双孔、双（双孔、双（双孔、双（双孔、双缝干涉）缝干涉）缝干涉）缝干涉）泊松亮斑泊松亮斑泊松亮斑泊松亮斑理论分析理论分析实验证实实验证实麦克斯韦电磁说麦克斯韦电磁说麦克斯韦电磁说麦克斯韦电磁说证实证实赫兹实验赫兹实验赫兹实验赫兹实验困难困难光电效应现象光电效应现象光电效应现象光电效应现象康普顿效应康普顿效应康普顿效应康普顿效应光子说光子说光子说光子说一、康普顿效应一、康普顿效应1.光的散射光的散射光光在介质中与物质微粒相互作用在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变因而传播方向发生改变,这种现象叫做这种现象叫做光的散射光的散射2.康普顿效应康普顿效应入射光经过物质散射后波长变长的现象，称为入射光经过物质散射后波长变长的现象，称为康普顿效应康普顿效应。

3.康普顿散射的实验装置与规律：

康普顿散射的实验装置与规律：

一、康普顿效应一、康普顿效应发现发现散射线中除有与散射线中除有与入射线波长相同的射入射线波长相同的射线外，还有比入射线线外，还有比入射线波长更长的射线波长更长的射线，其其波长的改变量与散波长的改变量与散射角射角有关有关，而而与入射线波长与入射线波长和散和散射物质都无关。

射物质都无关。

现象：

现象：

称为电子的称为电子的Compton波长波长只只有有当当入入射射波波长长0与与c可可比比拟拟时时，康康普普顿顿效效应应才才显显著著，因因此此要要用用X射射线线才才能能观观察察到到康康普普顿顿散散射射，用用可可见见光光观观察察不到康普顿散射。

不到康普顿散射。

波长的偏移只与散射角波长的偏移只与散射角有关有关，而而与散射与散射物质种类物质种类及入射的及入射的XX射线的波长射线的波长00无关，无关，c=0.0241=2.4110-3nm（实验值）（实验值）3.康普顿散射的实验装置与规律：

康普顿散射的实验装置与规律：

一、康普顿效应一、康普顿效应3.康普顿散射的实验装置与规律：

康普顿散射的实验装置与规律：

一、康普顿效应一、康普顿效应康普顿正在测晶体康普顿正在测晶体康普顿正在测晶体康普顿正在测晶体对对对对XX射线的散射射线的散射射线的散射射线的散射按按经典电磁理论：

经典电磁理论：

如果如果入射入射X光是光是某某种种波长的电磁波波长的电磁波，散射光散射光的波长的波长是是不不会会改变的！

改变的！

（1111）经典）经典）经典）经典电磁理论在解释康普顿效应时电磁理论在解释康普顿效应时电磁理论在解释康普顿效应时电磁理论在解释康普顿效应时遇到的遇到的遇到的遇到的困难困难困难困难根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带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，电粒子将作受迫振动，电粒子将作受迫振动，电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率其频率等于入射光频率其频率等于入射光频率其频率等于入射光频率，所以它所，所以它所，所以它所，所以它所发射的发射的发射的发射的散射光频率散射光频率散射光频率散射光频率应等于应等于应等于应等于入射光频率入射光频率入射光频率入射光频率。

无法解释波长改变和散射角关系。

无法解释波长改变和散射角关系。

无法解释波长改变和散射角关系。

无法解释波长改变和散射角关系。

3.康普顿效应解释中的疑难康普顿效应解释中的疑难：

一、康普顿效应一、康普顿效应（2222）光子）光子）光子）光子理论对康普顿效应的解释理论对康普顿效应的解释理论对康普顿效应的解释理论对康普顿效应的解释若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子，电子，电子，电子，散射光子散射光子散射光子散射光子的能量减少，于是的能量减少，于是的能量减少，于是的能量减少，于是散射光散射光散射光散射光的波长大于的波长大于的波长大于的波长大于入入入入射光射光射光射光的波长。

的波长。

的波长。

的波长。

若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整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，根据个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据个原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论，碰撞理论，碰撞理论，碰撞理论，碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。

碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。

碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。

碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。

因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波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。

长改变和散射角有关。

长改变和散射角有关。

长改变和散射角有关。

（1111）经典）经典）经典）经典电磁理论在解释康普顿效应时电磁理论在解释康普顿效应时电磁理论在解释康普顿效应时电磁理论在解释康普顿效应时遇到的遇到的遇到的遇到的困难困难困难困难3.康普顿效应解释中的疑难康普顿效应解释中的疑难：

一、康普顿效应一、康普顿效应（11）有力）有力地支持了爱因斯坦地支持了爱因斯坦“光量子光量子”假设；假设；（22）首次）首次在实验上证实了在实验上证实了“光子具有动量光子具有动量”的假设；的假设；（33）证实）证实了了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能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。

量守恒定律仍然是成立的。

康康普顿的成功也不是一帆风顺的，普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期在他早期的几的几篇论文中，一直认为散射篇论文中，一直认为散射光频率的改变是光频率的改变是由于由于“混进来了某种荧混进来了某种荧光辐射光辐射”；在计算中起先；在计算中起先只考虑只考虑能量守能量守恒，后来才认识到还要用动量守恒。

恒，后来才认识到还要用动量守恒。

康普顿于康普顿于19271927年获诺贝尔物理奖。

年获诺贝尔物理奖。

4.康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义：

一、康普顿效应一、康普顿效应（1892-1962）美国物理学家美国物理学家19251926年，吴有训用银的年，吴有训用银的X射射线线（0=5.62nm）为为入射线入射线,以以15种种轻重不同的元素为散射物质，轻重不同的元素为散射物质，中国物理学家吴有训中国物理学家吴有训对研究康普顿效应的贡献对研究康普顿效应的贡献1923年年,参加了发现康普顿效应的研究工作参加了发现康普顿效应的研究工作.对证实康普顿效应作出了对证实康普顿效应作出了重要贡献。

重要贡献。

在同一散射角在同一散射角（）测量各种测量各种波长的散射光强度，波长的散射光强度，作了作了大量大量X射线散射实验。

射线散射实验。

4.康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义：

一、康普顿效应一、康普顿效应（1897-19771897-1977）吴有训吴有训中国近代物理学奠基人中国近代物理学奠基人二二、光的波粒二象性、光的波粒二象性1.光子的动量光子的动量二二、光的波粒二象性、光的波粒二象性2.光是一种概率波光是一种概率波实验结论：

实验结论：

实验结论：

实验结论：

大量光子表现的波动性强，少量光子表现的粒子性强大量光子表现的波动性强，少量光子表现的粒子性强a.每个光子落在哪每个光子落在哪点是不确定的点是不确定的b.波动性图像是一波动性图像是一种统计性结果种统计性结果c.亮纹处光子到达亮纹处光子到达的概率高，暗纹处的概率高，暗纹处光子到达的概率低光子到达的概率低波长长的光波动性强，波长短的粒子性强波长长的光波动性强，波长短的粒子性强结论：

结论：

光是一种概率波光是一种概率波光是一种概率波光是一种概率波三、三、实物粒子实物粒子的波粒二象性的波粒二象性1.德布罗意物质波假说德布罗意物质波假说De.Broglie1923年发表了题为年发表了题为“波波和粒子和粒子”的论文，提出了物质波的概念。

的论文，提出了物质波的概念。

他认为，他认为，“整个世纪以来（指整个世纪以来（指19世纪）世纪）在光学中比起波动的研究方法来，如果说在光学中比起波动的研究方法来，如果说是过于忽视了粒子的研究方法的话，是过于忽视了粒子的研究方法的话，那么那么在在实物的理论中，是否发生了相反的错误实物的理论中，是否发生了相反的错误呢？

是不是我们把粒子的图象想得太多，呢？

是不是我们把粒子的图象想得太多，而过分忽略了波的图象呢而过分忽略了波的图象呢”法国物理学家，法国物理学家，1929年诺年诺贝尔物理学奖获得者，波贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。

学的奠基人之一。

三、三、实物粒子实物粒子的波粒二象性的波粒二象性1.德布罗意物质波假说德布罗意物质波假说能量为能量为E、动量为、动量为p的粒子与频率为的粒子与频率为v、波长为、波长为的波的波相联系，并遵从以下关系：

相联系，并遵从以下关系：

E=mc2=hv这种和实物粒子相联系的波称为这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波德布罗意波（物质波物质波或概率波或概率波）,其波长其波长称为称为德布罗意波长德布罗意波长。

p=mv=h一切实物粒子都有波动性一切实物粒子都有波动性后来，大量实验都证实了：

质子、中子和原子、分后来，大量实验都证实了：

质子、中子和原子、分子等实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布洛意关子等实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布洛意关系。

系。

一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？

一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？

质量质量m=0.01kg，速度，速度v=300m/s的子弹的德布洛意的子弹的德布洛意波长为波长为计算结果表明，子弹的波长小到实验难以测量的程度。

计算结果表明，子弹的波长小到实验难以测量的程度。

所以，宏观物体只表现出粒子性。

所以，宏观物体只表现出粒子性。

由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去，得出物质波（德布罗意波）的概念：

任何一个运动体上去，得出物质波（德布罗意波）的概念：

任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长着的物体都有一种波与它对应，该波的波长=【例例1】试试估估算算一一个个中中学学生生在在跑跑百百米米时时的的德德布布罗罗意意波波的的波波长。

长。

解：

估计一个中学生的质量解：

估计一个中学生的质量m50kg，百米跑时速度，百米跑时速度v7m/s，则，则由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性。

表现出其波动性。

例题例题2

（1）电电子动能子动能Ek=100eV；

（2）子弹子弹动量动量p=6.63106kg.m.s-1,求德布罗意波长。

求德布罗意波长。

解解

（1）因因电电子动能较小，速度较小，可用非相对论公式求子动能较小，速度较小，可用非相对论公式求解。

解。

=1.23

（2）子弹子弹:

h=6.6310-34=1.310-34m可见，只有微观粒子的波动性较显著；而宏观粒子可见，只有微观粒子的波动