《光的波粒二象性》课件1.ppt

1、第二章波粒二象性第二章波粒二象性第三节康普顿效应及其解释第三节康普顿效应及其解释 第四节光的波粒二象性第四节光的波粒二象性 栏目链接栏目链接1了解什么是康普顿效应了解什么是康普顿效应2知道光子是具有动量的，并了解光子动量的表知道光子是具有动量的，并了解光子动量的表达式达式3了解康普顿应用光的电磁理论解释遇到的困难，了解康普顿应用光的电磁理论解释遇到的困难，了解康普顿是如何解释康普顿效应的了解康普顿是如何解释康普顿效应的4知道光既具有波动性又有粒子性知道光既具有波动性又有粒子性5了解光是一种概率波了解光是一种概率波 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接在经典物理学的观念中，人们形成了一种观念，物在

2、经典物理学的观念中，人们形成了一种观念，物质要么具有粒子性，要么具有波动性，非此即彼质要么具有粒子性，要么具有波动性，非此即彼光的干涉、衍射等现象无可争辩地表明光具有波动光的干涉、衍射等现象无可争辩地表明光具有波动性，而光电效应又无可争辩地表明光具有粒子性由于光性，而光电效应又无可争辩地表明光具有粒子性由于光既具有波动性又具有粒子性，我们将无法只用其中的一种既具有波动性又具有粒子性，我们将无法只用其中的一种去说明光的一切行为去说明光的一切行为现在，人们认识到，光既具有波动性又具有粒子性，现在，人们认识到，光既具有波动性又具有粒子性，也就是说光具有波粒二象性也就是说光具有波粒二象性 栏目链接栏目

3、链接显而易见，在经典物理学中，波和粒子是两种不同显而易见，在经典物理学中，波和粒子是两种不同的研究对象，具有非常不同的表现那么，为什么光和微的研究对象，具有非常不同的表现那么，为什么光和微观粒子既表现有波动性又表现有粒子性的双重属性呢？让观粒子既表现有波动性又表现有粒子性的双重属性呢？让我们一起去探索经典的粒子和经典的波吧！我们一起去探索经典的粒子和经典的波吧！栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接变长变长不变不变 栏目链接栏目链接相等相等变长变长h动量动量 栏目链接栏目链接4光的干涉和衍射实验表明，光是一种光的干涉和衍射实验表明，光是一种_，具，具有有_；光电效应和康普顿效应则表明，光在与物；光

4、电效应和康普顿效应则表明，光在与物体体_时，必须看成是一颗颗时，必须看成是一颗颗_的形式出现的形式出现的，具有的，具有_5双缝干涉中每次穿过双缝的只有一个光子，它不双缝干涉中每次穿过双缝的只有一个光子，它不可能跟其他光子产生可能跟其他光子产生_但光的但光的_还是发还是发生了可见，波动性是每一个光子的生了可见，波动性是每一个光子的_光既有光既有粒子性，又有波动性，单独使用波或粒子都无法完整地粒子性，又有波动性，单独使用波或粒子都无法完整地描述光的所有性质描述光的所有性质电磁波电磁波波动性波动性相互作用相互作用光子光子粒子性粒子性干涉干涉干涉干涉属性属性6光既有光既有_性，又有性，又有_性，我们把

5、光性，我们把光的这种性质叫做光的的这种性质叫做光的_7干涉条纹是光子在感光片上各点的干涉条纹是光子在感光片上各点的_分布分布的反映这种的反映这种_分布就好像分布就好像_的分布，的分布，称光波是一种概率波称光波是一种概率波波动波动粒子粒子波粒二象性波粒二象性 栏目链接栏目链接概率概率概率概率波的强度波的强度 栏目链接栏目链接知识点知识点1康普顿效应及其解释康普顿效应及其解释 栏目链接栏目链接守恒、能量守恒电子碰前可认为是静止的，碰后获得守恒、能量守恒电子碰前可认为是静止的，碰后获得了一定的动量和能量，碰后光子的动量、能量减少，散射光了一定的动量和能量，碰后光子的动量、能量减少，散射光的波长变长的

6、波长变长康普顿效应再次证明了爱因斯坦光子假说的正确性它康普顿效应再次证明了爱因斯坦光子假说的正确性它不仅证明了光子具有能量，同时还证明了光子具有动量不仅证明了光子具有能量，同时还证明了光子具有动量如果按照经典电磁理论，入射波引起物质中电子的振动，如果按照经典电磁理论，入射波引起物质中电子的振动，这种振动频率必然与入射波的频率相同，从而引起的散射波这种振动频率必然与入射波的频率相同，从而引起的散射波也应该与入射波的频率相同，而散射前后的介质相同，所以也应该与入射波的频率相同，而散射前后的介质相同，所以散射前后波长也就不变因此康普顿效应说明了光具有粒子散射前后波长也就不变因此康普顿效应说明了光具有

7、粒子性性 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接例例1 求波长为求波长为0.35 nm的的X射线光子的能量和动量大射线光子的能量和动量大小小(已知已知h6.631034 Js)课堂训练课堂训练1康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，康普顿效应证实了光子不仅具有能量，也有动量，下图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰下图给出了光子与静止电子碰撞后，电子的运动方向，则碰后 光 子 可 能 沿 方 向后 光 子 可 能 沿 方 向 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 运 动，并 且 波 长运 动，并 且 波 长_(填填“不变不变”、“变小变小”或或“变长变长”)栏目链接栏目链接

8、解析：解析：因光子与电子碰撞过程动量守恒，所以碰因光子与电子碰撞过程动量守恒，所以碰撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前的方向一撞之后光子和电子的总动量的方向与光子碰前的方向一致，可见碰后光子的方向可能沿致，可见碰后光子的方向可能沿1方向，不可能沿方向，不可能沿2或或3方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量方向；通过碰撞，光子将一部分能量转移给电子，能量减少，由减少，由h知，频率变小，再根据知，频率变小，再根据c知，波长变知，波长变长长答案答案：1 变长变长 栏目链接栏目链接光具有粒子性，又有波动性，单独使用波或粒子的解光具有粒子性，又有波动性，单独使用波或粒子的解释都无法完整地

9、描述光的所有性质，有人就把这种性质称为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波粒二象性大量大量(多数多数)光子行为易表现为波动性，个别光子行为易表现为波动性，个别(少数少数)光子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；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动性与粒子性的统一 栏目链接栏目链接知识点知识点2 对光的波粒二象性

10、的认识与理解对光的波粒二象性的认识与理解光在传播时体现出波动性起主导作用，在与其他光在传播时体现出波动性起主导作用，在与其他物质相互作用时，粒子性起主导作用物质相互作用时，粒子性起主导作用光的能量与其对应的频率成正比，而频率是反映光的能量与其对应的频率成正比，而频率是反映波动性特征的物理量，因此波动性特征的物理量，因此h揭示了光的粒子性与揭示了光的粒子性与波动性的密切联系波动性的密切联系波动性是光子的本身属性，不能把光看作宏观上波动性是光子的本身属性，不能把光看作宏观上的波，也不能把光看作宏观上的粒子的波，也不能把光看作宏观上的粒子 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接例例2 下列说法正确的是下

11、列说法正确的是()A有的光是波，有的光是粒子有的光是波，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，光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著其粒子性越显著D射线具有显著的粒子性，不具有波动性射线具有显著的粒子性，不具有波动性解析：解析：光同时具有波粒二象性，只不过在有的情况下光同时具有波粒二象性，只不过在有的情况下波动性显著，有的情况下粒子性显著，光的波长越长，越容波动性显著，有的情况下粒子性显著，光的波长越长，越容易观察到其显示波动特性，因此易观察到其显示波动特性，因此A、D错，而错，而C正确，光子正确，光子不同于

12、一般的物质粒子，它没有静止质量，是一个个的能量不同于一般的物质粒子，它没有静止质量，是一个个的能量子，是光的能量的最小单位子，是光的能量的最小单位答案：答案：C 栏目链接栏目链接 课堂训练课堂训练2有关光的本性的说法正确的是有关光的本性的说法正确的是()A有关光的本性，牛顿提出了有关光的本性，牛顿提出了“粒子性粒子性”，惠更斯，惠更斯提出了提出了“波动性波动性”，爱因斯坦提出了，爱因斯坦提出了“光子说光子说”，它们都圆，它们都圆满地说明了光的本性满地说明了光的本性B光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念光具有波粒二象性是指既可以把光看成宏观概念的波，也可以看成微观概念上的粒子的波，也可以看

13、成微观概念上的粒子C光的干涉、衍射说明光具有波动性，光电效应说光的干涉、衍射说明光具有波动性，光电效应说明光具有粒子性明光具有粒子性 栏目链接栏目链接解析：解析：牛顿主张的粒子说中的粒子与实物粒子一牛顿主张的粒子说中的粒子与实物粒子一样，惠更斯主张的波动说中的波动与宏观机械波等同，样，惠更斯主张的波动说中的波动与宏观机械波等同，这两种观点是相互对立的，都不能说明光的本性，则这两种观点是相互对立的，都不能说明光的本性，则A、B错，错，C对在双缝实验中，双缝干涉出现明暗均匀的对在双缝实验中，双缝干涉出现明暗均匀的条纹，当让光子一个一个地通过单缝时，曝光时间短时条纹，当让光子一个一个地通过单缝时，曝

14、光时间短时表现出粒子性，曝光时间长时表现出波动性，则表现出粒子性，曝光时间长时表现出波动性，则D错错答案答案：C 栏目链接栏目链接D在光双缝干涉实验中，如果光通过双缝时显出波在光双缝干涉实验中，如果光通过双缝时显出波动性，如果光只通过一个缝时显示出粒子性动性，如果光只通过一个缝时显示出粒子性知识点知识点3 对概率波的认识与理解对概率波的认识与理解1926年，德国物理学家玻恩年，德国物理学家玻恩(Born,18821972)提出了概提出了概率波，认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性，但是率波，认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性，但是大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统计规大量

15、粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统计规律律不能把光当成宏观概念中的波或粒子，因为宏观世界的不能把光当成宏观概念中的波或粒子，因为宏观世界的波动性与粒子性是对立的，而光的波动性与粒子性是统一在波动性与粒子性是对立的，而光的波动性与粒子性是统一在同一客体即光子上的这里所指的同一客体即光子上的这里所指的“波波”并非宏观概念中的并非宏观概念中的波，它是一种概率波波，它是一种概率波“粒子粒子”也不是宏观概念中的微小粒也不是宏观概念中的微小粒子，而是指光子子，而是指光子 栏目链接栏目链接概率波对光的双缝衍射现象的解释：光是一种粒子，概率波对光的双缝衍射现象的解释：光是一种粒子，它和物质的作用是它和

16、物质的作用是“一份一份一份一份”地进行的，用很弱的光做地进行的，用很弱的光做双缝干涉实验从光子打在胶片上的位置，我们发现了规双缝干涉实验从光子打在胶片上的位置，我们发现了规律性律性 栏目链接栏目链接实验结果表明，如图所示，如果曝光时间不太长，实验结果表明，如图所示，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

17、光子打在胶片上的位后的落点无法预测，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出现的可能性的大小(概率概率)，正是由于这个原因，正是由于这个原因，栏目链接栏目链接波恩指出：虽然不能肯定某个光子落在哪一点，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但由屏上各处明暗不同

18、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，光波是一种概的规律确定，所以，从光子的概念上看，光波是一种概率波率波物理学中把光波叫做概率波概率表征某一事物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出现的可能性 栏目链接栏目链接例例3(双选双选)在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占在单缝衍射实验中，中央亮纹的光强占从单缝射入的整个光强的从单缝射入的整个光强的95%以上；假设现在只让一个

19、以上；假设现在只让一个光子通过单缝，那么该光子光子通过单缝，那么该光子()A一定落在中央亮纹处一定落在中央亮纹处B一定落在亮纹处一定落在亮纹处C可能落在暗纹处可能落在暗纹处D落在中央亮纹处的可能性最大落在中央亮纹处的可能性最大 栏目链接栏目链接解析：解析：根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单根据光的概率波的概念，对于一个光子通过单缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹缝落在何处，是不可确定的，但概率最大的是落在中央亮纹处，可达处，可达95%以上，当然也可落在其他亮纹处，还可能落在以上，当然也可落在其他亮纹处，还可能落在暗纹处，不过，落在暗纹处的概率很小，故暗纹处，不过，落在暗

20、纹处的概率很小，故C、D选项正选项正确确答案答案：CD 栏目链接栏目链接 栏目链接栏目链接 课堂训练课堂训练3(双选双选)在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法在验证光的波粒二象性的实验中，下列说法正确的是正确的是()A使光子一个一个地通过狭缝，如果时间足够长，片使光子一个一个地通过狭缝，如果时间足够长，片上将会显示衍射图样上将会显示衍射图样B单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图单个光子通过狭缝后，底片上会出现完整的衍射图样样C光子通过狭缝的运动路线是直线光子通过狭缝的运动路线是直线D光的波动性是大量光子运动的规律光的波动性是大量光子运动的规律解析：解析：个别或少数光子表现出光的粒子性，大量光个别或少数光子表现出光的粒子性，大量光子表现出光的波动性，如果时间足够长，通过狭缝的光子子表现出光的波动性，如果时间足够长，通过狭缝的光子数也就足够多，粒子的分布遵从波动规律，底片上将会显数也就足够多，粒子的分布遵从波动规律，底片上将会显示出衍射图样，示出衍射图样，A、D选项正确单个光子通过狭缝后，选项正确单个光子通过狭缝后，路径是随机的，底片上也不会出现完整的衍射图样，路径是随机的，底片上也不会出现完整的衍射图样，B、C选项错选项错答案答案：AD 栏目链接栏目链接