第三節

光的波粒二象性&第四節

德布羅意波授課人

郭嘉琛第四章

波粒二象性復習回顧：光電效應經典解釋的問題：①不管光的頻率如何，只要光足夠強，電子都可以獲得足夠能量從而逸出表面，不應存在截止頻率；②光越強，光電子的初動能應該越大，所以截止電壓Uc應該與光的強弱有關；③如果光很弱，電子需要幾分鐘到十幾分鐘的時間才能獲得逸出表面所需的能量，這個時間遠遠大于實驗中產生光電流的時間。

愛因斯坦的光電效應理論愛因斯坦的光電效應方程：一個電子吸收一個光子的能量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象體現光的粒子性，哪些體現光的波動性？還有沒有其他現象可以體現光的性質呢？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中沿直線傳播。粒子性光的衍射光遇到障礙物或小孔時，偏離直線傳播的路徑而繞到障礙物后面傳播。障礙物和小孔的尺寸和波長相差不大時，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相互疊加，在某些區域始終加強，在另一些區域則始終削弱，形成穩定的強弱分布的現象。波動性康普頓散射

散射過程中,光子與電子發生相互作用,兩者發生完全彈性碰撞,滿足動量守恒和能量守恒.光量子論的解釋:當X射線被較輕物質（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。這種散射現象稱為康普頓效應。粒子性光的性質不同側面波動性：突出表現在傳播過程中（干涉與衍射）粒子性：突出表現在與物質相互作用中（光電效應、康普頓效應）單純用波動粒子模型均不能完整地描述光的性質矛盾與猜想猜想：光同時具有波動性和粒子性。實驗驗證光的雙縫干涉現象：出現明暗相間的條紋。結論：光的波動性思考：如果光是波。當光強減弱后會發生什么？分析歸納結論：干涉圖像的變化體現光的粒子性。現象：當光強減弱，屏幕上的條紋變成不連續的光點。分析：光強較強時光子數量很多且無法將單個光子進行區分，因此圖像是連續的。分析歸納現象：記錄時間較短，亮點雜亂分布，記錄時間越長，干涉條紋越明顯。分析：單個光子的運動軌跡不確定，從大量光子的統計結果看，概率大小與某種波的亮暗條紋相符合。結論：單個光子也具有波動性。光既不是經典的粒子，也不是經典的波，它同時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概率分布的反應，因此物理學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。總結思維拓展

既然光是波粒二象性的，以前被視作粒子的物質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：實物粒子和光一樣具有波粒二象性。這種與實物粒子相聯系的波后來被稱為德布羅意波或物質波。λ=h/p若以電子為例，電子的質量為9.1×10-31kg，某電子速度大小為4.0×106m/s，請計算該電子對應的德布羅意波長。

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

實驗設計實驗證明

在德布羅意波的概念提出后，戴維森和G.P.湯姆孫分別發現了電子衍射現象。實驗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

質量為10g的子彈，速度為500m/s，它對應的德布羅意波波長是多少?

=1.3×10－34m宏觀物體對應的物質波波長很小，很難觀察其波動性。小結1.光既有粒子性又有波動性，這種性質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概率分布的反應，因此物理學中把光波看做概率波。

課堂練習例1．下列關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課堂練習例2．對波粒二象性的理解，下列說法錯誤的是()A．光電效應揭示了光的粒子性，而康普頓效應從動量方面進一步揭示了光的粒子性。B．德布羅意提出：實物粒子也具有波動性，而且粒子的動量跟它所對應的波的波長之間，遵從λ=h/p的關系。C．光的波長越短，光子的能量