4.34.4光的波粒二象性和德布羅意波課件高二下學(xué)期物理粵教版選擇性

第三節(jié)

光的波粒二象性&第四節(jié)

德布羅意波授課人

郭嘉琛第四章

波粒二象性復(fù)習(xí)回顧：光電效應(yīng)經(jīng)典解釋的問題：①不管光的頻率如何，只要光足夠強(qiáng)，電子都可以獲得足夠能量從而逸出表面，不應(yīng)存在截止頻率；②光越強(qiáng)，光電子的初動能應(yīng)該越大，所以截止電壓Uc應(yīng)該與光的強(qiáng)弱有關(guān)；③如果光很弱，電子需要幾分鐘到十幾分鐘的時(shí)間才能獲得逸出表面所需的能量，這個(gè)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生光電流的時(shí)間。

愛因斯坦的光電效應(yīng)理論愛因斯坦的光電效應(yīng)方程：一個(gè)電子吸收一個(gè)光子的能量hv后，一部分能量用來克服金屬的逸出功W0，剩下的表現(xiàn)為逸出后電子的初動能Ek，即：逸出功光子能量最大初動能粒子性小組討論下列哪些現(xiàn)象體現(xiàn)光的粒子性，哪些體現(xiàn)光的波動性？還有沒有其他現(xiàn)象可以體現(xiàn)光的性質(zhì)呢？康普頓散射光的干涉光的衍射光沿直線傳播粒子性：空間的排斥性，可碰撞，有確定的軌道。波動性：空間的疊加性，延伸性。光沿直線傳播光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播。粒子性光的衍射光遇到障礙物或小孔時(shí)，偏離直線傳播的路徑而繞到障礙物后面?zhèn)鞑?。障礙物和小孔的尺寸和波長相差不大時(shí)，衍射效果明顯。波動性光的干涉兩列或幾列光波在空間相遇時(shí)相互疊加，在某些區(qū)域始終加強(qiáng)，在另一些區(qū)域則始終削弱，形成穩(wěn)定的強(qiáng)弱分布的現(xiàn)象。波動性康普頓散射

散射過程中,光子與電子發(fā)生相互作用,兩者發(fā)生完全彈性碰撞,滿足動量守恒和能量守恒.光量子論的解釋:當(dāng)X射線被較輕物質(zhì)（石墨、石蠟等）散射后，散射譜線中除了有波長與原波長相同的成分外，還有波長較長的成分。這種散射現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)。粒子性光的性質(zhì)不同側(cè)面波動性：突出表現(xiàn)在傳播過程中（干涉與衍射）粒子性：突出表現(xiàn)在與物質(zhì)相互作用中（光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)）單純用波動粒子模型均不能完整地描述光的性質(zhì)矛盾與猜想猜想：光同時(shí)具有波動性和粒子性。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證光的雙縫干涉現(xiàn)象：出現(xiàn)明暗相間的條紋。結(jié)論：光的波動性思考：如果光是波。當(dāng)光強(qiáng)減弱后會發(fā)生什么？分析歸納結(jié)論：干涉圖像的變化體現(xiàn)光的粒子性?，F(xiàn)象：當(dāng)光強(qiáng)減弱，屏幕上的條紋變成不連續(xù)的光點(diǎn)。分析：光強(qiáng)較強(qiáng)時(shí)光子數(shù)量很多且無法將單個(gè)光子進(jìn)行區(qū)分，因此圖像是連續(xù)的。分析歸納現(xiàn)象：記錄時(shí)間較短，亮點(diǎn)雜亂分布，記錄時(shí)間越長，干涉條紋越明顯。分析：單個(gè)光子的運(yùn)動軌跡不確定，從大量光子的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，概率大小與某種波的亮暗條紋相符合。結(jié)論：單個(gè)光子也具有波動性。光既不是經(jīng)典的粒子，也不是經(jīng)典的波，它同時(shí)具有波動性和粒子性，即波粒二象性。由于干涉條紋是光子落在感光片各點(diǎn)概率分布的反應(yīng)，因此物理學(xué)中把光波看做概率波。粒子性波動性能量ε動量p頻率ν波長λh

辨析：1.光即是粒子又是波。

2.有的光是粒子，有的光是波?？偨Y(jié)思維拓展

既然光是波粒二象性的，以前被視作粒子的物質(zhì)只不是同樣具有波動性呢？如果是為什么生活中觀察不到實(shí)物粒子的波動性呢？理論推廣德布羅意德布羅意的工作給我留下深刻印象，一幅巨大帷幕的一角卷起來了。---愛因斯坦

猜想：實(shí)物粒子和光一樣具有波粒二象性。這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波后來被稱為德布羅意波或物質(zhì)波。λ=h/p若以電子為例，電子的質(zhì)量為9.1×10-31kg，某電子速度大小為4.0×106m/s，請計(jì)算該電子對應(yīng)的德布羅意波長。

=1.8×10－10m0.1nm不同物質(zhì)分子大小通常是10－10m的數(shù)量級晶體內(nèi)部的原子（或離子）在空間呈周期性排列，在每一層晶面上就構(gòu)成一定形狀的網(wǎng)格，每一個(gè)網(wǎng)格就相當(dāng)于一個(gè)這樣的小孔．所以，電子束照射到晶體上可能會發(fā)生衍射。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明

在德布羅意波的概念提出后，戴維森和G.P.湯姆孫分別發(fā)現(xiàn)了電子衍射現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)證明其他微觀粒子也具有波動性。波粒二象性是所有微觀粒子的共同特征。宏觀物體

質(zhì)量為10g的子彈，速度為500m/s，它對應(yīng)的德布羅意波波長是多少?

=1.3×10－34m宏觀物體對應(yīng)的物質(zhì)波波長很小，很難觀察其波動性。小結(jié)1.光既有粒子性又有波動性，這種性質(zhì)稱為光的波粒二象性。由于干涉條紋是光子落在感光片各點(diǎn)概率分布的反應(yīng)，因此物理學(xué)中把光波看做概率波。

課堂練習(xí)例1．下列關(guān)于光的波粒二象性的說法中，正確的是(

)A．一束傳播的光，有的光是波，有的光是粒子。B．光波與機(jī)械波是同樣的一種波。C．光的波動性是由于光子間的相互作用而形成的。D．光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光子說并未否定電磁說，在光子能量ε＝hν中，頻率ν仍表示的是波的特性。D課堂練習(xí)例2．對波粒二象性的理解，下列說法錯(cuò)誤的是()A．光電效應(yīng)揭示了光的粒子性，而康普頓效應(yīng)從動量方面進(jìn)一步揭示了光的粒子性。B．德布羅意提出：實(shí)物粒子也具有波動性，而且粒子的動量跟它所對應(yīng)的波的波長之間，遵從λ=h/p的關(guān)系。C．光的波長越短，光子的能量