波粒性二象性課件

1、熱輻射2、光電效應3、康普頓效應4、德布羅意波5、不確定關系波粒二象性11、熱輻射波粒二象性1光是怎樣發(fā)射和吸收的？在研究黑體輻射實驗曲線時，根據(jù)波動理論所得到的公式與實驗結果有差異。普朗克1900年提出了量子假設，解決了以上矛盾。1905年愛因斯坦假定電磁輻射的能量是由大小為的量子組成。物體吸收或發(fā)射光的能量只能是的整數(shù)倍。光子具有能量，還具有動量。光的波粒二象性。用統(tǒng)一的理論來描述，導致了量子電動力學的誕生。2光是怎樣發(fā)射和吸收的？在研究黑體輻射實驗曲線1、熱輻射普朗克量子假設熱輻射：一、基爾霍夫定律：1、單色發(fā)射本領：單位時間內從物體表面的單位面積上輻射，波長范圍的電磁波能量為稱為單色發(fā)射本領是波長、溫度的函數(shù)總發(fā)射本領溫度一定，單位時間、單位面積電磁波的總能量31、熱輻射普朗克量子假設熱輻射：一、基爾霍夫定律2、物體對電磁波的反射和吸收單色反射率：對一定波長的波，單位時間、單位面積上反射能與入射能之比單色吸收率：吸收能與入射能之比3、絕對黑體：單色吸收率恒為1的物體4、平衡熱輻射場：它們靠發(fā)射和吸收交換能量a、每個物體，射向該物體的輻射能必等于離開物體的輻射能b、空間內各種波長輻射能密度處處均勻穩(wěn)定真空容器42、物體對電磁波的反射和吸收單色反射率：對一c、單位時間、投射到單位面積、的輻射能相等。d、同一點、不同波長區(qū)間的輻射能密度不同；不同點、相同波長區(qū)間的輻射能密度相同5、單色輻射通量：在上述空間任一個小面積元，單位時間、單位面積、單位波長向各個方向輻射（穿過）的物理量是波長

的場能密度5c、單位時間、投射到單位面積、6、基爾霍夫定律：發(fā)射反射輻射黑體單色輻射通量任何物體在某一溫度下對于某一波長的單色發(fā)射本領和單色吸收率的比值都相同，都等于絕對黑體在同一溫度下對同一波長的發(fā)射本領。66、基爾霍夫定律：發(fā)射反射輻射黑體同溫度下兩個物體相比，甲對某波長吸收的多，對同波長發(fā)射的多；對某波長不吸收者，也不發(fā)射。對任何波長的輻射能來說，在單位時間內，以單位面積計，絕對黑體發(fā)出的和吸收的，都要比同溫度的任何其他物體多。AB二、黑體輻射定律：吸收很強。溫度一定，是平衡熱輻射場。小孔處的單色輻射通量就近似為平衡熱輻射場的單色輻射通量，即為黑體的單色發(fā)射本領。小孔視為絕對黑體7同溫度下兩個物體相比，甲對某波長吸收的多，對同波長發(fā)射的多；0黑體單色輻射本領棱鏡平行光管透鏡黑體測定黑體輻射本領80黑體單色輻射本領棱鏡平行光管透鏡黑體測定黑體輻射本領81、斯忒藩——玻耳茲曼定律：曲線表示一定溫度下單色發(fā)射本領依波長分布的情況總發(fā)射本領（單位時間、單位面積、對各種波長的總輻射能）理論計算實驗確定為常數(shù)工業(yè)用此法測爐溫2、維恩位移定律：極值點所對應的波長為，表明波長在附近時，發(fā)射本領最大。向短波移動。b為常數(shù)底溫爐火發(fā)出的光大部分是波長較長的紅光91、斯忒藩——玻耳茲曼定律：曲線表示一定溫度下單色發(fā)射本領依可以計算太陽表面的溫度三、普朗克量子假設：維恩從熱力學理論推出了適用于短波區(qū)的公式。瑞利和金斯從電磁場理論和能均分原理導出一個適用于長波區(qū)公式。h為普朗克常數(shù)n為量子數(shù)振子所吸收或發(fā)射的能量是量子化的普朗克的量子假設：絕對黑體腔壁的原子可看作帶電的線性諧振子，它們能夠與周圍的電磁場交換能量，這些頻率為的諧振子只可能處于某些特殊的狀態(tài)，在這些特殊的狀態(tài)上，振子的能量是最小能量的整數(shù)倍。10可以計算太陽表面的溫度三、普朗克量子假設：維恩從熱力學理論推普朗克根據(jù)量子假設推得絕對黑體的輻射公式：11普朗克根據(jù)量子假設推得絕對黑體的輻射公式：11普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經(jīng)過十多年的努力證明任何復歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅定地相信h的引入確實反映了新理論的本質。

1918年他榮獲諾貝爾物理學獎。

他的墓碑上只刻著他的姓名和12普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，VGRKA+_2、光電效應一、實驗規(guī)律：1、用頻率一定的單色光實驗0VI13VGRKA+_2、光電效應一、實驗規(guī)律：1、用頻率一定2、保持頻率一定、增加光強：a、I隨V的增大而增大,飽和電流b、I=0時所對應的電勢差稱為遏止電勢差反映光電子逸出時的最大動能C、與光強無關3、與光的頻率有關K為直線的斜率，是普適恒量，對所有金屬都一樣142、保持頻率一定、增加光強：a、I隨V的增大而增大,飽和電流為直線在軸上的截距，各金屬不同。實驗測定ek即為普朗克常數(shù)當時，無論光強多大，都不會有光電子逸出。只要，無論光強如何，光電子幾乎立刻逸出。稱為金屬的紅限頻率二、波動理論的困難1、電子的逸出功應決定于光強；2、任何頻率的光，只要有足夠的光強，都應該產生光電效應；15為直線在軸上的截距，各金屬不同。實驗測定ek即為普朗3、電子積累能量需要時間，光電效應不是瞬時的。三、愛因斯坦的光子理論：光是以光速運動的粒子流，這些粒子稱為光量子或光子，光子的能量是。光強決定于單位時間內通過單位面積的光子數(shù)N.

單色光的光強是。光子只能作為一個整體被發(fā)射和吸收。光電效應方程逸出功163、電子積累能量需要時間，光電效應不是瞬時的。三、愛因斯坦的1、電子的逸出與頻率有關，2、光強的大小說明光子數(shù)的多少，影響到飽和電流。3、光子是一個整體而被電子吸收，不需要時間積累。光子靜止質量光子能量光子動量愛因斯坦“因在數(shù)學物理方面的成就，尤其發(fā)現(xiàn)了光電效應的規(guī)律”，獲得了1921年諾貝爾物理獎。171、電子的逸出與頻率有關，光子靜止質量光子能量光子動量例：某金屬的逸出功為A，用頻率為的光照射該金屬能產生光電效應，求金屬的紅限頻率，，問遏止電勢差是多少解：紅限頻率滿足遏止電勢差而所以18例：某金屬的逸出功為A，用頻率為的光照射該解：3、康普頓效應一、實驗裝置和實驗結果AK+-探測器X射線源光欄石墨晶體1926年康普頓測量了各方向的散射光的波長。193、康普頓效應一、實驗裝置和實驗結果AK+-探測器X射線IIII實驗結果表明：隨散射角的增大，在一個確定的方向上，除了有x射線的波外，還有波長為的射線出射，且隨散射角的增大而增大稱為康普頓效應20IIII實驗結果表明：隨散射角的增大，在一個確定的方向上，除二、波動理論的困難電磁波通過物體時，會使物體中帶電粒子作受迫振動，其頻率應和入射光的頻率相同，向四周輻射電磁波，波長也應該一樣。

X射線光子與“靜止”的“自由電子”彈性碰撞碰撞過程中能量與動量守恒e三、康普頓的解釋21二、波動理論的困難電磁波通過物體時，會使物體中帶電粒子作受迫碰撞后光子失去能量：康普頓：美國實驗物理學家，芝加哥大學教授。因發(fā)現(xiàn)康普頓效應而獲得1927年諾貝爾物理學獎。22碰撞后光子失去能量：康普頓：美國實驗物理學家，芝加哥大學教授例:波長的X射線與靜止的自由電子碰撞.在與入射方向成角的方向上觀察時,散射X射線的波長多大?反沖電子的動能和動量各如何?解:電子的康普頓波長在這一方向上還有波長不變的散射光反沖電子獲得的動能等于入射光子損失的能量23例:波長exy如圖所示解之24exy如圖所示解之24光(波)具有粒子性一.德布羅意假設實物粒子具有波動性？電子在電場里加速所獲得的能量4、德布羅意波25光(波)具有粒子性一.德布羅意假設實物粒子具有波動性？電子視為波X射線范圍二、實驗驗證G鎳單晶26視為波X射線范圍二、實驗驗證G鎳單晶26實驗中，d不變，不變，觀察反射方向電流的變化，只有當V滿足布喇格公式時，I是極大值。電子通過金多晶薄膜的衍射實驗（湯姆遜1927）VI27實驗中，d不變，不變，觀察反射方向電流的變化，只有當V滿電子的單縫、雙縫、三縫和四縫衍射實驗（約恩遜1961)電子數(shù)目少，則出現(xiàn)衍射斑點；電子數(shù)目多，則出現(xiàn)衍射條紋。三、德布羅意波的統(tǒng)計解釋：粒子的觀點：亮處，粒子到達該處的幾率大，幾會多，可能性大；28電子的單縫、雙縫、三縫和四縫衍射實驗（約恩遜1961)電子暗處，粒子到達該處的幾率小，幾會少，可能性小。波的觀點：亮處，干涉加強，合振幅大，光強大；暗處，干涉消弱，合振幅小，光強小。在某處德布羅意波的振幅平方與該處粒子出現(xiàn)的幾率成正比例題1：m=0.01kg，v=300m/s的子彈難以測量，“宏觀物體只表現(xiàn)出粒子性”極其微小，宏觀物體的波長小得實驗29暗處，粒子到

對波粒二象性的理解(1)粒子性“原子性”或“整體性”不是經(jīng)典的粒子,拋棄了“軌道”概念(2)波動性“彌散性”“可疊加性”“干涉”“衍射”“偏振”具有頻率和波矢不是經(jīng)典的波不代表實在的物理量的波動30對波粒二象性的理解(1)粒子性“原子性”或“整體性”德布羅意：法國理論物理學家，巴黎大學教授，31歲時（1923年）在他的博士論文中提出了物質波的理論，兩年后薛定鄂在他的思想基礎上創(chuàng)立了波動力學，德布羅意的貢獻聞名于世，1927年，電子波動性為實驗所證實，他為此而獲得諾貝爾物理學獎。31德布羅意：法國理論物理學家，巴黎大學教授，31歲時（19235、不確定關系在經(jīng)典力學中，我們可以通過實驗同時測定質點的位置和動量，對于微觀粒子，則不能，也不存在粒子軌道的概念。pX光的單縫衍射一級暗紋325、不確定關系在經(jīng)典力學中，我們可以通過實驗同時測定質點的位而考慮到次級衍射測不準關系微觀粒子不能同時用確定的位置和確定的動量來描述33而考慮到次級衍射測不準關系微觀粒子不能同時用確定的位置和確定例：質量為10克的子彈，速度是200米/秒，動量的不準確量為，求位置的不確定量。解：嚴格的理論給出光子不確定性關系34例：質量為10克的子彈，速度是200米/秒，動量的解：嚴1、熱輻射2、光電效應3、康普頓效應4、德布羅意波5、不確定關系波粒二象性351、熱輻射波粒二象性1光是怎樣發(fā)射和吸收的？在研究黑體輻射實驗曲線時，根據(jù)波動理論所得到的公式與實驗結果有差異。普朗克1900年提出了量子假設，解決了以上矛盾。1905年愛因斯坦假定電磁輻射的能量是由大小為的量子組成。物體吸收或發(fā)射光的能量只能是的整數(shù)倍。光子具有能量，還具有動量。光的波粒二象性。用統(tǒng)一的理論來描述，導致了量子電動力學的誕生。36光是怎樣發(fā)射和吸收的？在研究黑體輻射實驗曲線1、熱輻射普朗克量子假設熱輻射：一、基爾霍夫定律：1、單色發(fā)射本領：單位時間內從物體表面的單位面積上輻射，波長范圍的電磁波能量為稱為單色發(fā)射本領是波長、溫度的函數(shù)總發(fā)射本領溫度一定，單位時間、單位面積電磁波的總能量371、熱輻射普朗克量子假設熱輻射：一、基爾霍夫定律2、物體對電磁波的反射和吸收單色反射率：對一定波長的波，單位時間、單位面積上反射能與入射能之比單色吸收率：吸收能與入射能之比3、絕對黑體：單色吸收率恒為1的物體4、平衡熱輻射場：它們靠發(fā)射和吸收交換能量a、每個物體，射向該物體的輻射能必等于離開物體的輻射能b、空間內各種波長輻射能密度處處均勻穩(wěn)定真空容器382、物體對電磁波的反射和吸收單色反射率：對一c、單位時間、投射到單位面積、的輻射能相等。d、同一點、不同波長區(qū)間的輻射能密度不同；不同點、相同波長區(qū)間的輻射能密度相同5、單色輻射通量：在上述空間任一個小面積元，單位時間、單位面積、單位波長向各個方向輻射（穿過）的物理量是波長

的場能密度39c、單位時間、投射到單位面積、6、基爾霍夫定律：發(fā)射反射輻射黑體單色輻射通量任何物體在某一溫度下對于某一波長的單色發(fā)射本領和單色吸收率的比值都相同，都等于絕對黑體在同一溫度下對同一波長的發(fā)射本領。406、基爾霍夫定律：發(fā)射反射輻射黑體同溫度下兩個物體相比，甲對某波長吸收的多，對同波長發(fā)射的多；對某波長不吸收者，也不發(fā)射。對任何波長的輻射能來說，在單位時間內，以單位面積計，絕對黑體發(fā)出的和吸收的，都要比同溫度的任何其他物體多。AB二、黑體輻射定律：吸收很強。溫度一定，是平衡熱輻射場。小孔處的單色輻射通量就近似為平衡熱輻射場的單色輻射通量，即為黑體的單色發(fā)射本領。小孔視為絕對黑體41同溫度下兩個物體相比，甲對某波長吸收的多，對同波長發(fā)射的多；0黑體單色輻射本領棱鏡平行光管透鏡黑體測定黑體輻射本領420黑體單色輻射本領棱鏡平行光管透鏡黑體測定黑體輻射本領81、斯忒藩——玻耳茲曼定律：曲線表示一定溫度下單色發(fā)射本領依波長分布的情況總發(fā)射本領（單位時間、單位面積、對各種波長的總輻射能）理論計算實驗確定為常數(shù)工業(yè)用此法測爐溫2、維恩位移定律：極值點所對應的波長為，表明波長在附近時，發(fā)射本領最大。向短波移動。b為常數(shù)底溫爐火發(fā)出的光大部分是波長較長的紅光431、斯忒藩——玻耳茲曼定律：曲線表示一定溫度下單色發(fā)射本領依可以計算太陽表面的溫度三、普朗克量子假設：維恩從熱力學理論推出了適用于短波區(qū)的公式。瑞利和金斯從電磁場理論和能均分原理導出一個適用于長波區(qū)公式。h為普朗克常數(shù)n為量子數(shù)振子所吸收或發(fā)射的能量是量子化的普朗克的量子假設：絕對黑體腔壁的原子可看作帶電的線性諧振子，它們能夠與周圍的電磁場交換能量，這些頻率為的諧振子只可能處于某些特殊的狀態(tài)，在這些特殊的狀態(tài)上，振子的能量是最小能量的整數(shù)倍。44可以計算太陽表面的溫度三、普朗克量子假設：維恩從熱力學理論推普朗克根據(jù)量子假設推得絕對黑體的輻射公式：45普朗克根據(jù)量子假設推得絕對黑體的輻射公式：11普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，只是在經(jīng)過十多年的努力證明任何復歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅定地相信h的引入確實反映了新理論的本質。

1918年他榮獲諾貝爾物理學獎。

他的墓碑上只刻著他的姓名和46普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，VGRKA+_2、光電效應一、實驗規(guī)律：1、用頻率一定的單色光實驗0VI47VGRKA+_2、光電效應一、實驗規(guī)律：1、用頻率一定2、保持頻率一定、增加光強：a、I隨V的增大而增大,飽和電流b、I=0時所對應的電勢差稱為遏止電勢差反映光電子逸出時的最大動能C、與光強無關3、與光的頻率有關K為直線的斜率，是普適恒量，對所有金屬都一樣482、保持頻率一定、增加光強：a、I隨V的增大而增大,飽和電流為直線在軸上的截距，各金屬不同。實驗測定ek即為普朗克常數(shù)當時，無論光強多大，都不會有光電子逸出。只要，無論光強如何，光電子幾乎立刻逸出。稱為金屬的紅限頻率二、波動理論的困難1、電子的逸出功應決定于光強；2、任何頻率的光，只要有足夠的光強，都應該產生光電效應；49為直線在軸上的截距，各金屬不同。實驗測定ek即為普朗3、電子積累能量需要時間，光電效應不是瞬時的。三、愛因斯坦的光子理論：光是以光速運動的粒子流，這些粒子稱為光量子或光子，光子的能量是。光強決定于單位時間內通過單位面積的光子數(shù)N.

單色光的光強是。光子只能作為一個整體被發(fā)射和吸收。光電效應方程逸出功503、電子積累能量需要時間，光電效應不是瞬時的。三、愛因斯坦的1、電子的逸出與頻率有關，2、光強的大小說明光子數(shù)的多少，影響到飽和電流。3、光子是一個整體而被電子吸收，不需要時間積累。光子靜止質量光子能量光子動量愛因斯坦“因在數(shù)學物理方面的成就，尤其發(fā)現(xiàn)了光電效應的規(guī)律”，獲得了1921年諾貝爾物理獎。511、電子的逸出與頻率有關，光子靜止質量光子能量光子動量例：某金屬的逸出功為A，用頻率為的光照射該金屬能產生光電效應，求金屬的紅限頻率，，問遏止電勢差是多少解：紅限頻率滿足遏止電勢差而所以52例：某金屬的逸出功為A，用頻率為的光照射該解：3、康普頓效應一、實驗裝置和實驗結果AK+-探測器X射線源光欄石墨晶體1926年康普頓測量了各方向的散射光的波長。533、康普頓效應一、實驗裝置和實驗結果AK+-探測器X射線IIII實驗結果表明：隨散射角的增大，在一個確定的方向上，除了有x射線的波外，還有波長為的射線出射，且隨散射角的增大而增大稱為康普頓效應54IIII實驗結果表明：隨散射角的增大，在一個確定的方向上，除二、波動理論的困難電磁波通過物體時，會使物體中帶電粒子作受迫振動，其頻率應和入射光的頻率相同，向四周輻射電磁波，波長也應該一樣。

X射線光子與“靜止”的“自由電子”彈性碰撞碰撞過程中能量與動量守恒e三、康普頓的解釋55二、波動理論的困難電磁波通過物體時，會使物體中帶電粒子作受迫碰撞后光子失去能量：康普頓：美國實驗物理學家，芝加哥大學教授。因發(fā)現(xiàn)康普頓效應而獲得1927年諾貝爾物理學獎。56碰撞后光子失去能量：康普頓：美國實驗物理學家，芝加哥大學教授例:波長的X射線與靜止的自由電子碰撞.在與入射方向成角的方向上觀察時,散射X射線的波長多大?反沖電子的動能和動量各如何?解:電子的康普頓波長在這一方向上還有波長不變的散射光反沖電子獲得的動能等于入射光子損失的能量57例:波長exy如圖所示解之58exy如圖所示解之24光(波)具有粒子性一.德布羅意假設實物粒子具有波動性？電子在電場里加速所獲得的能量4、德布羅意波59光(波)具有粒子性一.德布羅意假設實物粒子具有波動性？電子視為波X射線范圍二、實驗驗證G鎳單晶60視為波X射線范圍二、實驗驗證G鎳單晶26實驗中，d不變，不變，觀察反射方向電流的變化，只有當V滿足布喇格公式時，I是極大值。電子通過金多晶薄膜的衍射實驗（湯姆遜1927）VI61實驗中，d不變，不變，觀察反射方向電流的變化，只有當V滿電子的單縫、雙縫、三縫和四縫衍射實驗（約恩