波粒二象性

1、热辐射

(1) 定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有

关，所以叫热辐射。

(2) 特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。

2、在任何温度下，任何物体都会发射电磁波，并且其辐射强度按波长的分布

情况随物体的温度而有所不同，这是热辐射的一种特性。

3、在室温下，大多数物体辐射不可见的红外光；但当物体被加热到5000C左

右时，开始发出暗红色的可见光。随着温度的不断上升，辉光逐渐亮起来，

而且波长较短的辐射越来越多，大约在1 5000C时变成明亮的白炽光。这说

明同一物体在一定温度下所辐射的能量在不同光谱区域的分布是不均匀的，

而且温度越高光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也最高。

4、在一定温度下，不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同。例如，将钢加

热到约800℃时，就可观察到明亮的红色光，但在同一温度下，熔化的水晶

却不辐射可见光。

5、热辐射不需要高温，任何温度下物体都会发出一定的热辐射，只是温度低

时辐射弱，温度高时辐射强。

6、黑体

（1）定义：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。

如果一些物体能够完全吸收投射到其表面的各种波长的电磁波而不发生

反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体。

（2）黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布与黑体的温度有关。

（3）一般物体的热辐射除与温度有关外，还与材料的种类及表面状况有关。

（4）黑体是一个理想化的物理模型。

（5）黑体看上去不一定是黑色的，有些可看做黑体的物体由于自身有较强的

辐射，看起来还会很明亮。如炼钢炉口上的小孔。

7、如图所示，如果在一个空腔壁上开—个很小的孔，

那么射人小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反

射和吸收，最终不能从空腔射出。这个空腔近似看成

一个绝对黑体。

7、黑体辐射的实验规律

如图所示，随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加；另—方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。

8、能量子

（1）能量子：带电微粒辐射或吸收能量时，只能是辐射或吸收某个最小能量

值的整数倍，这个不可再分的最小能量值e叫做能量子。

（2）大小：e=hν

其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量，h=6．626x10—34J·s (—般

h=6.63x10—34J·s)。

9、

如图所示，假设与实验结果“令人满意地相符”，图

中小圆点表示实验值，曲线是根据普朗克公式作出的。

10、能量子假说的意义

普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗克常量h是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的基本特征，架起了电磁波的波动性与粒子性的桥梁。

11、物体在发射或接收能量的时候，只能从某一状态“飞跃”地过渡到另一状

态，而不可能停留在不符合这些能量的任何一个中间状态。

12、 光电效应：金属及其化合物在光（包括不可见光）的照射下，释放电子的

现象叫做光电效应。

光电子：在光电效应现象中释放出的电子叫做光电子。

光电流：在光电效应现象中释放出的光电子在外电路中运动形成的电流叫做

光电流。

13、物体在光照的条件下发射电子而发生光电效应现象时遵循如下规律：

（1）对于任何一种金属，入射光的频率必须大于某一极限频率才能产生光

电效应，低于这个极限频率，无论强度如何，无论照射时间多长，也不

能产生光电效应；

（2）光电子的最大初动能（E km=）跟入射光的强度无关，只随入射光

的频率的增大而增大。

（3）只要入射光的频率高于金属极板的极限频率，无论其强度如何，光电

子的产生都几乎是瞬时的，不超过10—9s.

（4）当发生光电效应时，单位时间、单位面积上发射出的光电子数跟入射

光的频率无关，跟入射光的强度成正比。

14、金属中的电子只能吸收一个光子的能量。

从光开始照射，到释放出光电子的过程非常快，所需时间非常短，金属中的电子吸收一个光子的能量后，立即离开金属表面逸出成为光电子.如果这个电子吸引一个光子的能量后不能逸出成为光电子，那么这一能量就迅速耗散到整个金属板中，所以一个电子只能吸收一个光子的能量，而不能把几个光子的能量积累起来。

15、任何一种金属，都有一个极限频率。

当光照射金属时，电子吸收光子的能量后，首先应克服原子核对它束缚，才可以离开金属表面逸出成为光电子。电子克服金属原子核的引力所做的功，叫做逸出功。不同的金属的逸出功是不同的，所以它们的极限频率也是不同的。逸出功W和极限频率的关系写作： 或

16、光子说（爱因斯坦）

在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子。

每个光子所具有的能量跟它的频率成正比，写作为

或

式中 ——光的频率；

——光的波长；

C ——光在真空中的速度；

h ——普朗克恒量，等于6.63×10-34J·S。

同样频率的光，光的强弱的不同则反映了单位时间内射到单位面积的光

子数的多少．

普朗克常量

普郎克在研究电磁波辐射时，提出能量量子假说：物体热辐射所发出的

电磁波的能量是不连续的，只能是的整数倍，称为一个能量量子。即

能量是一份一份的。其中辐射频率，是一个常量，称为普朗克常量。

17、金属的逸出功

光电效应中，金属中的电子在飞出金属表面时要克服原子核对它的吸引而做功。

某种金属中的不同电子，脱离这种金属所需的功不一样。

使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。

18、爱因斯坦光电效应方程

如果入射光子的能量大于逸出功W0，那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的动能——根据能量守恒定律，入射光子的能量等于出射光子的最大初动能与逸出功之和，即

其中是指出射光子的最大初动能。

动能最大的光电子所具有的动能E k＝h v－w 。

19、波动理论无法解释的现象：

① 不论入射光的频率多少，只要光强足够大，总可以使电子获得足够多的

能量，从而产生光电效应，实际上如果光的频率小于金属的极限频率，无

论光强多大，都不能产生光电效应。

② 光强越大，电子可获得更多的能量，光电子的最大初始动能应该由入射

光的强度来决定，实际上光电子的最大初始动能与光强无关，与频率有关。

③ 光强大时，电子能量积累的时间就短，光强小时，能量积累的时间就长，

实际上无论光入射强度怎样微弱，几乎在开始照射一瞬间就产生光电子.

20、光电效应的解释：

①光子照射到金属上时，光子一次只能将其全部能量传递给一个电子，一

个电子一次只能获取一个光子的能量，它们之间存在着一对一的关系．电子吸收光子后，能量增加，如果能量足够大，就能摆脱金属中正电荷对其的束缚，从金属表面逸出，成为光电子．

② 极限频率：金属内部的电子一般一次只能吸收一个光子的能量，只有入

射光子的能量大于或者等于逸出功W0 即：时，电子才有可能逸

出，这就是光电效应存在极限频率的原因。

如果光子的能量较小(频率较低)，电子吸收光子后的能量不足以克服金属中正电荷对其的束缚，则立即会将其转化为系统的内能，而不能从金属中逸出，这就是入射光的频率较低时，尽管照射时间足够长，也不能发生光电效应的原因．

每一种金属，正电荷对电子的束缚能力都不同，因此，电子逸出所需做的最小功也不一样．光子频率小于该频率，无论如何都不会发生光电效应，这就是每一种金属都存在极限频率的原因．

③ 遏制电压：由和有：，所以遏制电压只与入射光频率有关，与入射光的强度无关，这就是光电效应存在遏制电压的原因。回路中的光电流随着反向电压的增加而减小，当反向电压U0满足：，光电流将会减小到零。

④ 光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随着入射光频率的增大而

增大。（从金属出来的电子速度会有差异，这里说的是从金属表面直接飞

出来的光电子。）

⑤ 金属中的电子对于光子的吸收是十分迅速的，电子一次性获得的能量足

够时，逸出也是十分迅速的，这就是光电效应具有瞬时效应的原因．

21、光电效应的应用：

光电管：光电管的阴极表面敷有碱金属，对电子的束缚能力比较弱，在光

的照射下容易发射电子，阴极发出的电子被阳极收集，在回路中形成电

流，称为光电流。

① 光电管两极加上正向电压，可以增强光电流。

② 光电流的大小跟入射光的强度和正向电压有关，与入射光的频率无

关。入射光的强度越大，光电流越大。

22、实验和应用

（1）如左下所示，紫外线（或弧光灯的弧光中的紫外线）照射表面洁净的锌

板，使锌板释放电子，从而使锌板、验电器带正电、验电器的指针偏转。

（2）光电管。如右下图所示，光电管是光电效应在技术上的一种应用。它可

以把光信号转变为电信号。

23、爱因斯坦的光电效应方程是根据能量守恒定律得出的。

金属表面的电子从入射光中吸收一个光子的能量hv时（电子吸收光子能量，不是光子与电子发生碰撞），一部分用于电子从金属表面逸出时所做的逸出功W，另一部分转换为光电子的最大初动能。即

或

由此公式可以看出光电子的最大初动能与入射光的频率是线性关系，而不是成正比。如图13-12所示。其中直线在横轴上的截距就是这种材料的极限频率，而此直线的斜率就是普朗克恒量，OB长度表示材料的逸出功。

24、康普顿效应（表明光子具有动量）

用X射线照射物体时，一部分散射出来的X射线的波长会变长，这个现象叫康普顿效应。康普顿效应是验证光的波粒二象性的重要实验之一。

25、 康普顿效应的意义：证明了爱因斯坦光子假说的正确性，揭示了光子不仅

具有能量，还具有动量。光子的动量为。

26、 现象解释：碰撞前后光子与电子总能量守恒，总动量也守恒。碰撞前，电

子可近似视为静止的，碰撞后，电子获得一定的能量和动量， X光子的能

量和动量减小，所以X射线光子的波长λ变长。

27、康普顿效应是光子与自由电子之间的相互作用，光子被电子全部吸收后，

又重新放出新光子（散射光子不是转移部分能量的入射光子）康普顿效应整

个过程的能量和动量守恒。

28、光的本性的认识过程。

17世纪的两种对立学说：牛顿的微粒说——光是实物粒子

惠更斯的波动说——光是机械波

19世纪的两种学说：

麦克斯韦（理论上）、赫兹（实验证实）——光是电磁波、光的波动理论。

爱因斯坦（光子说）、密立根（实验证实）——光是光子、光具有粒子性。

29、 光的波粒二象性。光既具有粒子性又具有波动性，两种相互矛盾的性质在

光子身上得到了统一。

干涉、衍射和偏振以无可辩驳的事实表明光是一种波；光电效应和康普顿

效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子；因此现代物理学认为：光具有

波粒二象性。

光在传播过程中，主要表现为波动性：大量光子表现出来的是波动性。

而当光与物质相互作用时，主要表现为粒子性；少量光子表现出来的是粒子性。

30、波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。波粒二象性

中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。

⑴个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表

现为波动性。

⑵ ν高的光子容易表现出粒子性；ν低的光子容易表现出波动性。

⑶光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为

粒子性。

⑷由光子的能量E=hν，光子的动量表示式也可以看出，光的波动

性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有

表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。由以上两式和波速公式

c=λν还可以得出：E = pc。

31、物质波（德布罗意波）

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：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长λ=。

32、 机械波：其频率由振源决定，在媒质中传播的速度由媒质的物理性质决定，

在真空中不能传播。当机械波从一种媒质进入另一种媒质中传播时，频率不

变，波速改变波长也相应改变，即

33、 光波：其频率决定于光源，可以在真空中传播，且各种频率的光在真空中

传播的速度相同，均为c=3.00×108m/s。但是光在媒质中的传播速度不仅与

媒质的性质有关，而且与光的频率有关。在同一媒质中，频率越高的光，传

播的速度越小。

34、 概率波：从光子的概念上看，光波是一种概率波。光子落在明条纹的概率

高，落在暗条纹的概率低。干涉条纹是光子落在感光片上各点的概率分布的

反映。

注意：亮纹是光子落的概率大，暗纹是概率小，不是光子照不到。35、 电子云：原子核外电子的概率分布图。概率大的地方小圆点密一些，概率

小的地方小圆点疏一些。讨论微观粒子的运动，轨道的概念毫无意义。

36、 不确定关系：微观粒子的坐标和动量不能同时完全精确地确定。如果用

表示微观粒子位置的不确定性，用表示微观粒子在方向上动量的不确

定性，则有。原因是因为微观粒子具有波动性。

(1) 由不确定性关系可知，坐标和动量，其中一个测量得越准确，另外一个

的不确定性就越大。

(2) 微观粒子的波粒二象性和不确定性关系本质是一样的，导致共同的结

果：微观粒子的运动状态，不能通过确定的轨道来描述，只能通过概率波

做统计性的描述。

(3) 不确定性关系对宏观物体没有意义。

频率高波长短，粒子性明显 频率低波长长，波动性明显

传播时，波动性明显 光的产生，与其他物质作用，粒子性明显

个别时，粒子性明显 大量时，波动性明显

1、下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是 ( )

A．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

C．光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著

D．大量光子产生的效果往往显示粒子性

2、 在做双缝干涉实验时，在观察屏的某处是亮纹，则对光子到达观察屏的位置，下列说 法正确的是 ( )

A．到达亮条纹处的概率比到达暗条纹处的概率大

B．到达暗条纹处的概率比到达亮条纹处的概率大

C．该光子可能到达观察屏的任意位置

D．以上说法均不正确

3、对光的认识，以下说法正确的是 ( )

A．个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性

B．光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的

C．光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时， 就不具有波动性了

D．光的波粒二象性应理解为：在某种场合下光的波动性表现明显，在另外某种场合下， 光的粒子性表现明显．

4．如图所示，电路中所有元件完好，光照射到光电管上，灵敏电流计中没有电流通过，其原因可能是 ( )

A．入射光太弱 B．入射光波长太长

C．光照时间太短 D．电源正负极接反

5． 频率为ν的光照射某种金属材料，产生光电子的最大初动能为E k，若以频率为2ν的光照射同一金属材料，则光电子的最大初动能是 ( )

A．2E k B．E k＋hν C．E k－hν D．E k＋2hν

6． 一个质量为m、电荷量为q的带电粒子，由静止开始经加速电场加速后(加速电压为U)， 该粒子的德布罗意波长为 ( )

A. B. C. D.

7. A、B两束不同频率的光波均能使某金属发生光电效应, 如果产生光电流的最大值分别为I A、I B , 且I A

A.照射光的波长λA>λB

B.照射光的光子能量E A

C.单位时间内照射到金属板的光子数N A

D.照射光的频率γA<γB

8． 频率为ν的光子，具有的能量为hν、动量为.将这个光子打在处于静止状态的电

子上，光子将偏离原运动方向，这种现象称光子的散射．下列关于光子散射说法中正确

的是 ( )

A．光子改变原来的运动方向，且传播速度变小

B．光子由于在与电子碰撞中获得能量，因而频率增大

C．由于受到电子碰撞，散射后的光子波长小于入射光子的波长

D．由于受到电子碰撞，散射后的光子频率小于入射光子的频率

9、用如图所示的装置研究光电效应现象, 当用光子能量为2.5eV的光照

射到光电管上时，电流表G的读数为0.2mA。移动变阻器的触点c，当

电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表读数为零。则： ( )

A．光电管阴极的逸出功为1.8eV；

B．电键k断开后, 有电流流过电流表G；

C．光电子的最大初动能为0.7eV；

D．改用能量为1.5eV的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小；

10、关于不确定关系，下列说法中正确的是：

A．不确定关系表明：想要同时准确测量一个粒子的位置和动量，这是不可能的；

B．不确定关系表明：想要同时准确测量一颗子弹的位置和动量，这是不可能的；

C．由于不确定关系，所以测量粒子的位置已经没有意义了；

D．如果将来实验技术进步了，同时准确测量一个粒子的位置和动量是有可能的；

11、已知钠发生光电效应的极限波长为λ0＝5×10－7m，现用波长为4×10－7m的光照射用

钠作阴极的光电管．求：

(1) 钠的逸出功W0；

(2) 为使光电管中的光电流为零，在光电管上所加反向电压至少多大？

12、 激光的主要特点之一是它的瞬时功率很大, 设P表示激光功率, λ表示激光波长,

则激光器每秒射出的光子数 ( )

A. B. C. D. Pλhc

13、三种不同的入射光A、B、C分别射在三种不同的金属a、b、c表面, 均恰可使金属逸出光电子, 若入射光的波长λA>λB>λC , 则 ( )

A.用入射光A照射金属b或c , 金属b、c均可发生光电效应现象

B.用入射光A、B同时照射金属c , 金属c可发生光电效应现象

C.用入射光C照射a或b, 金属a、b均可发生光电效应现象

D.用入射光B或C照射金属a , 均可使金属a发生光电效应现象

14、 如图所示是光电管的原理图，已知当有波长为λ0的光照到阴极K时，电路中有光电

流，则 ( )

A．若换用波长为λ1(λ1>λ0)的光照射阴极K时，电路一定没有光电流

B．若换用波长为λ2(λ2<λ0) 的光照射阴极K时，电路中光电流一定增大

C．若将变阻器滑动头P从图示位置向右滑一些，仍用波长λ0的光照射，则电路中光 电流一定增大

D．若将变阻器滑动头P从图示位置向左滑过中心O点时，其他条件不变，则电路中

仍可能有光电流

15、 人类对光的本性认识的过程中先后进行了一系列实验，如图所示的四个示意图所示表 示的实验能说明光具有波动性的是 ( )

16.在可见光中，哪种色光的光子能量最大？ （ ）

A、红光

B、紫光

C、蓝光

D、黄光

17.爱因斯坦认为光在传播过程中是不连续的，而是一份一份的，每一份的能量为 （ ）

A、hv(h为普朗克恒量，v为光的频率)

B、1Ev

C、6.63×10-34J

D、0.1WeV

18.光子的能量 （ ）

A、跟它的波长成正比

B、跟光的速度成正比。

C、跟它的频率成正比

D、跟光的速度的平方成正比。

19.关于光束的强度、光束的能量及光子的能量的关系正确的说法是 （ ）

A、光强增大，光束能量也增大，光子能量也增大

B、光强减弱，光束能量也减弱，光子能量不变

C、光的波长越长，光束能量也越大，光子能量也越大

D、光的波长越短，光束能量也越大，光子能量也越小

20.光电效应必须满足的条件是 （ ）

A、入射光强度大于某一极限强度

B、入射光波长大于某一极限波长

C、入射光时间大于某一极限时间

D、入射光频率大于某一极限频率

21.关于光电效应中光电子的最大初动能的正确说法是 （ ）

A、是从金属飞出的光电子所具有的

B、是从金属表面直接飞出的光电子所具有的

C、是从金属飞出的光电子的初动能都是最大初动能

C．黑体热辐射的强度与波长无关

D．黑体辐射无任何实验

42、黑体辐射的实验规律如图所示，由图可知 ( )

A．随温度升高，各种波长的辐射强度都有增加

B．随温度降低，各种波长的辐射强度都有增加

C．随温度升高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动

D．随温度降低，辐射强度的极大值向波长较长的方向移动

43、 “非典”期间，很多地方用红外线热像仪监测人的体温，只要被测者从仪器前走，便可知道他的体温是多少，你知道其中的道理吗?

44、某广播电台发射功率为10kW，在空气中波长为187．5 m的电磁波，试求：

(1) 该电台每秒钟从天线发射多少个光子?

(2) 若发射的光子四面八方视为均匀的，求在离天线2．5km处，直径为2m的环状

天线每秒接收的光子个数以及接收功率?

(完整版)光的波粒二象性教案

光的波粒二象性 教案示例 一、教学目标 1．知识目标 （1）了解微粒说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题． （2）了解波动说的基本观点及对光学现象的解释和所遇到的问题． （3）了解事物的连续性与分立性是相对的，了解光既有波动性，又有粒子性． （4）了解光是一种概率波． 2．能力目标 培养学生对问题的分析和解决能力，初步建立光与实物粒子的波粒二象性以及用概率描述粒子运动的观念． 3．情感目标 理解人类对光的本性的认识和研究经历了一个十分漫长的过程，这一过程也是辩证发展的过程．根据事实建立学说，发展学说，或是决定学说的取舍，发现新的事实，再建立新的学说．人类就是这样通过光的行为，经过分析和研究，逐渐认识光的本性的． 二、重点、难点分析 1、这一章的内容，贯穿一条主线——人类对光的本性的认识的发展过程．结合各节内容，适当穿插物理学史材料是必要的．这种做法不但可使课堂教学主动活泼，内容丰富，还可以对学生进行唯物辩证思想教育．本节就课本内容，十分简单，学生学起来十分枯燥．课本所提到的内容，都是结论性的，加入一些史料不仅可能而且必要． 2、本节中学生初步接触量子化、二象性、概率波等概念，由于没有直接的生活经验，所以在教学中要重点让学生体会这些概念． 三、主要教学过程 光学现象是与人类的生产和日常生活密切相关的．人类在对光学现象、规律的研究的同时，也开始了对光本性的探究． 到了17世纪，人类对光的本性的认识逐渐形成了两种学说．

（一）光的微粒说 一般，人们都认为牛顿是微粒说的代表，牛顿于1675年曾提出：“光是一群难以想象的细微而迅速运动的大小不同的粒子”，这些粒子被发光体“一个接一个地发射出来”．用这样的观点，解释光的直进性、影的形成等现象是十分方便的． 在解释光的反射和折射现象时，同样十分简便．当光射到两种介质的界面时，要发生反射和折射．在解释反射现象时，只要假设光的微粒在与介质作用时，其相互作用，使微粒的速度的竖直分量方向变化，但大小不变；水平分量的大小和方向均不发生变化（因为在这一方向上没有相互作用），就可以准确地得出光在反射时，反射角等于入射角这一与实验事实吻合的结论． 说到折射，笛卡儿曾用类似的假设，成功地得出了入射角正弦与折射角正弦之比为一常数的结论．但当光从光疏介质射向光密介质时，发生的是近法线折射，即入射角大，折射角小．这时，必须假设光在光密介质的传播速度较光在光疏介质中的传播速度大才行． 一束光入射到两种介质界面时，既有反射，又有折射．何种情况发生反射，何种情况下又发生折射呢？微粒说在解释这一点时遇到了很大的困难．为此，牛顿提出了著名的“猝发理论”．他提出：“每一条光线在通过任何折射面时，便处于某种为时短暂的过渡性结构和状态之中．在光线的前进过程中，这种状态每隔相等的间隔（等时或等距）内就复发一次，并使光线在它每一次复发时，容易透过下一个折射面，而在它（相继）两次复发之间容易被这个面所反射”，“我将把任何一条光线返回到倾向于反射（的状态）称它为‘容易反射的猝发’，而把它返回到倾向于透射（的状态）称它为‘容易透射的猝发’，并且把每一次返回和下一次返回之间所经过的距离称它为‘猝发的间隔’”．如果说“猝发理论”还能解释反射和折射的话，那么，以微粒说解释两束光相遇后，为何仍能沿原方向传播这一常见的现象，微粒说则完全无能为力了． （二）光的波动说 关于光的本性，当时还存在另一种观点，即光的波动说．认为光是某种振动，以波的形式向四周围传播．其代表人物是荷兰物理学家惠更斯．他认为，光是由发光体的微小粒子的振动在弥漫于一切地方的“以太”介质中传播过程，而不是像微粒说所设想的像子弹和箭那样的运动．他指出：“假如注意到光线向各个方向以极高的速度传播，以及光线从不同的地点甚至是完全相反的地方发出时，光射线在传播中一条光线穿过另一条光线而相互毫不影响，就能完全明白这一点：当我们看到发光的物体时，决不可能是由于从它所发生的物质，像穿过空气的子弹和箭一样，通过物质迁移所引起的”．他把光比作在水面上投入石块时产生的同心圆状波纹．发光体中的每一个微粒把振动，通过“以太”这种介质向周围传播，发出一组组同心的球面波．波面上的每一点，又可以此点为中心，再向外传播子波．当然，这样的观点解释同时发生反射和折射，比微粒说的“猝发理论”方便得多，以水波为例，水波在传播时，反射与折射可以同时发生．一列水波在与另一列水波相遇时，可以毫无影响的相互通过．

波粒二象性知识点教学教材

波粒二象性知识点总结 一：黑体与黑体辐射 1．热辐射 (1)定义：我们周围的一切物体都在辐射电磁波，这种辐射与物体的温度有关，所以叫热辐射。 (2)特点：热辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同。 2．黑体 (1)定义：在热辐射的同时，物体表面还会吸收和反射外界射来的电磁波。如果一些物体能够完全吸收投射到其表面的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物 体就是绝对黑体，简称黑体。 (2)黑体辐射特点：黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑 体的温度有关。 注意：一般物体的热辐射除与温度有关外，还与材料的种类及 表面状况有关。 二：黑体辐射的实验规律 如图所示，随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都 有增加；另—方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 三：能量子 1．能量子：带电微粒辐射或吸收能量时，只能是辐射或吸收某 个最小能量值的整数倍，这个不可再分的最小能量值E叫做能量子。 2．大小：E=hν。 其中ν是电磁波的频率，h称为普朗克常量，h=6．626x10—34J·s(—般h=6.63x10—34J·s)。四：拓展： 1、对热辐射的理解 （1）．在任何温度下，任何物体都会发射电磁波，并且其辐射强度按波长的分布情况随物体的温度而有所不同，这是热辐射的一种特性。 在室温下，大多数物体辐射不可见的红外光；但当物体被加热到5000C左右时，开始发出暗红色的可见光。随着温度的不断上升，辉光逐渐亮起来，而且波长较短的辐射越来越 多，大约在1 5000C时变成明亮的白炽光。这说明同一物体在一定温度下所辐射的能量在不同光谱区域的分布是不均匀的，而且温度越高光谱中与能量最大的辐射相对应的频率也越高。（2）．在一定温度下，不同物体所辐射的光谱成分有显著的不同。例如，将钢加热到约800℃时，就可观察到明亮的红色光，但在同一温度下，熔化的水晶却不辐射可见光。 （3）热辐射不需要高温，任何温度下物体都会发出一定的热辐射，只是温度低时辐射弱，温度高时辐射强。2、2.什么样的物体可以看做黑体 （1）．黑体是一个理想化的物理模型。 (2）．如图所示，如果在一个空腔壁上开—个很小的孔，那么射人 小孔的电磁波在空腔内表面会发生多次反射和吸收，最终不能从空腔 射出。这个空腔近似看成一个绝对黑体。 注意：黑体看上去不一定是黑色的，有些可看做黑体的物体由于 自身有较强的辐射，看起来还会很明亮。如炼钢炉口上的小孔。 3、普朗克能量量子化假说 （1）．如图所示，假设与实验结果“令人满意地相符”， 图中小圆点表示实验值，曲线是根据普朗克公式作出的。 （2）．能量子假说的意义 普朗克的能量子假说，使人类对微观世界的本质有了全 新的认识，对现代物理学的发展产生了革命性的影响。普朗 克常量h是自然界最基本的常量之一，它体现了微观世界的

对光的波粒二象性的理解与认识(毕业论文)

2013届本科毕业论文 对波粒二象性的理解与认识 学院：物理与电子工程学院 专业班级：物理 08-8班 学生姓名：努尔麦麦提·阿不都克热木指导老师：巴哈迪尔老师 答辩日期：2013年5月11日 新疆师范大学教务处

对波粒二象性的理解与认识 摘要：波粒二象性是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。现代观察认为微观粒子,无论是光子,电子以及其它所有基本粒子,在极微小的空间内作高速运动时有时显示出波动性(这时粒子性不显著),有时显示出粒子性(这时波动性不显著).这种在不同条件下分别表现为波动和粒子的性质,或者说既具有波动性又具有粒子性,就称为波粒二象性(简称象性)。 波粒二象性理论的提出在物理学的发展史上具有重要意义,本文从人们对光本性的认识出发,到把波粒二象性推广到一切物质,比较系统地阐述了波粒二象性理论的产生和发展过程。在这个过程中探索物理学与哲学的联系，并对其中所体现的哲学观点做了尝试性总结 关键词：波粒二象性，波动性，粒子性，电子衍射，德布罗意波

目录 1.引言 (4) 2.光的波粒二象性 (5) 2.1光的波动性. (5) 2.2光的粒子性. (6) 2.3光的波粒二象性. (8) 3电子衍射实验 (10) 3.1.电子衍射实验 (10) 3.2实验数据与处理. (14) 4.波粒二象性的意义和后期成果 (15) 5.结论 (16) 参考文献 (17) 致谢 (18)

引言 1801年，杨氏进行了著名的杨氏双缝干涉实验。实验所使用的白屏上明暗相间的黑白条纹证明了光的干涉现象，从而证明了光是一种波。 1882年德国物理学家施维尔德根据新的光波学说，对光通过光栅后的衍射现象进行了成功的解释。 1887年，德国科学家赫兹发现光电效应，光的粒子性再一次被证明！ 二十世纪初，普朗克和爱因斯坦提出了光的量子学说 1905年，爱因斯坦提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理奖 在新的事实与理论面前，光的波动说与微粒说之争以“光具有波粒二象性”而落下了帷幕。即：光既是一种波又是一种粒子！光的波动说与微粒说之争从十七世纪初笛卡儿提出的两点假说开始，至二十世纪初以光的波粒二象性告终，前后共经历了三百多年的时间。牛顿、惠更斯、托马斯．杨、菲涅耳等多位著名的科学家成为这一论战双方的主辩手。 二十世纪来临之时，这个观点面临了一些挑战。1905年由阿尔伯特·爱因斯坦研究的光电效应展示了光粒子性的一面。随后，电子衍射被预言和证实了。这又展现了原来被认为是粒子的电子波动性的一面。这个波与粒子的困扰终于在二十世纪初由量子力学的建立所解决，即所谓波粒二象性。它提供了一个理论框架，使得任何物质在一定的环境下都能够表现出这两种性质。量子力学认为自然界所有的粒子，如光子、电子或是原子，都能用一个微分方程，如薛定谔方程来描述。这个方程的解即为波函数，它描述了粒子的状态。波函数具有叠加性，即，它们能够像波一样互相干涉和衍射。同时，波函数也被解释为描述粒子出现在特定位置的几率幅。这样，粒子性和波动性就统一在同一个解释中。

(完整版)波粒二象性

关于波粒二象性的理解与展望 摘要：本文从光电效应出发，阐述了波粒二象性的提出及近些年来对波粒二象性的一些实验等方面进行叙述，以求对波粒二象性的认识。 关键词：波粒二象性 Which—Way实验波粒二象性的同时观察 正文： 光学是一门古老的基础学科，人们对光本性的认识经历了漫长而曲折的过程。一方而人们通过光的衍射、干涉等现象认识到光具有波动性，另一方而人们在对光电效应及黑体辐射等实验现象的解释中发现又必需把光当成一种粒子。从经典物理的角度来看，光的这两种不同的特性属于两个完全不同的概念。然而，爱因斯坦却把光的波动性和粒子性统一了起来，提出了光的波粒二象性。 1.波粒二象性的提出 1887年，光电效应被德国物理学家赫兹发现，这种特殊的光效应令波动说与粒子说都陷入了一种尴尬的境地。首先，虽然光的波动说在当时已经成为主流，但波动说完全无法解释光电效应现象。另一方面，一直以来都能解释波动说无法解释的光学现象的粒子说也只能对光电效应做出部分解释，虽然根据粒子说理论，可以认为光电效应中的电子是被光的粒子撞击出去的，但为什么蓝光可以引发光电效应而红光不能，这点连粒子说也无法解释。可以说，光电效应令两派学说同时面临瓶颈。 1905年为了解释光电效应，爱因斯坦受到普朗克能量子假说的启发，提出了光量子的假说。他在著名论文《关于光的产生和转化的一个试探性的观点》一文中总结分析了在光学发展中“微粒说”和“波动说”长期争论的历史，指出了经典理论存在的困难，他认为只有把光的能量也看成是不连续分布，而是一份一份地集中在一起，就能对光电效应做出合理的解释说明。这样爱因斯坦发展了普朗克的能量子的概念，创造性地提出了光量子（即光子）的概念，并把它用之于光的发射和转化上，光子的能量为E=hν，其中ν为光的频率，这样能很合理地解释光电效应等现象。 在1917年，爱因斯坦又指出光子不仅有能量，而且还具有动量，其中动量 p=h 或者p=hk 式中波矢k=2π λ ，这样就把标志波动性质的频率ν和波长λ通过一个普适常量——

人教版高中物理选修3-5第17章《光的波粒二象性》知识点总结

第十七章：波粒二象性 一、黑体辐射规律 1、黑体：只吸收外来电磁波而不反射的理想物体 2、黑体辐射的特点 黑体的辐射强度按波长分布只与温度有关，与物体的材料和表面形 状无关（一般物体的辐射强度按波长分布除与温度有关外，还与物 体的材料、表面形状有关）； 3、黑体辐射规律： ① 随着温度的升高，任意波长的辐射强度都加强 ② 随着温度的升高，辐射强度的极大值向着波长减小的方向进行； 4、普朗克的量子说： 透过黑体辐射规律，普朗克认为：电磁皮的辐射和吸收，是不连续的，而是一份一份地进行的，每份叫一个能量子，能量为γεh =。爱因斯坦受其启发，提出了光子说：光的传播和吸收也是一份一份地进行的，每一份叫一个光子，其能量为νεh = 二、光电效应：说明了光具有粒子性，同时说明了光子具有能量 1、光电效应现象 紫外光照射锌板，锌板的电子获得足够的光子能量，挣脱金 属正离子引力，脱离锌板成为光电子；锌板因失去电子而带上 正电，于是与锌板相连的验电器也带上正电，金属箔张开。 2、实验原理电路图

3、规律： ① 存在饱和电流 饱和电流：在光电管两端加正向电压时，单位时间到达阳极A 的光 电子数增多，光电流越大；但当逸出的光电子全部到达阳极后，再 增加正向电压，光电流就达到最大饱和值，称为饱和电流。 ② 存在遏止电压 在光电管两端加反向电压时，单位时间内到达阳极A 的光电子数减少，光电流减小；当反射电压达到某一值U C 时，光电流减小为零，U C 就叫“遏止电压”。 ③ 存在截止频率 a 、 截止频率的定义：任何一种金属都有一个极限频率ν0，入射光的频率低于 “极限频率”ν0时，无论入射光多强，都不能发生光电效应，这个极限频率称为 截止频率。 b 、“逸出功”定义：电子从金属表面脱离金属所需克服金属正离子的引力所做的最小功。 要发生光电效应，入射光的能量（h ν）要大于 “逸出功（W ）” 即： 00W hv = ④ 光电效应的“瞬时性”——因光电效应发生的时间，即为一个光子与一个电子能量交换 的时间，所以不管光强度如何，发生光电效应的时间极短，不超过10-9 s 。 4、爱因斯坦的光电效应方程： 光电子的最大初动能等于入射光光子的能量减逸出功 即：W h E K -=ν 可见“光电子的最大初动能”与入射光的强度无关，只与入射光频率有关，图象如下图

(完整版)波粒二象性试题汇总

用很弱的光做双缝干涉实验，把入射光减弱到可以认为光源和感光胶片之间不可能同时有两个光子存在，如图所示是不同数量的光子照射到感光胶片上得到的照片。这些照片说明() A．光只有粒子性没有波动性 B．光只有波动性没有粒子性 C．少量光子的运动显示波动性，大量光子的运动显示粒子性D．少量光子的运动显示粒子性，大量光子的运动显示波动性

2．实物粒子也具有波动性，只是因其波长太小，不易观察到，但并不能否定其具有波粒二象性。关于物质的波粒二象性，下列说法中正确的是() A．不仅光子具有波粒二象性，一切运动的微粒都具有波粒二象性 B．运动的微观粒子与光子一样，当它们通过一个小孔时，都没有特定的运动轨道 C．波动性和粒子性，在宏观现象中是矛盾的、对立的，但在微观高速运动的现象中是统一的 D．实物的运动有特定的轨道，所以实物不具有波粒二象性

3．电子属于实物粒子，1927年戴维逊和革末完成了电子衍射实验，该实验是荣获诺贝尔奖的重大近代物理实验之一。如图所示是该实验装置的简化图，下列说法正确的是 () A．亮条纹是电子到达概率大的地方 B．该实验说明物质波理论是正确的 C．该实验再次说明光子具有波动性 D．该实验说明实物粒子具有波动性

(2016·宁波期末)一个德布罗意波波长为λ1的中子和另一个德布罗意波波长为λ2的氘核同向正碰后结合成一个氚核，该氚核的德布罗意波波长为 A． λ1λ2 λ1＋λ2B． λ1λ2 λ1－λ2 C ．λ1＋λ2 2D． λ1－λ2 2

1．(多选)为了验证光的波粒二象性，在双缝干涉实验中将光屏换成照相底片，并设法减弱光的强度，下列说法正确的是 A．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间足够长，底片上将出现双缝干涉图样 B．使光子一个一个地通过双缝干涉实验装置的单缝，如果时间很短，底片上将出现不太清晰的双缝干涉图样C．大量光子的运动显示光的波动性 D．光只有波动性没有粒子性

第十七章 波粒二象性 复习教案

第十七章 波粒二象性 复习教案 17.1 能量量子化 知识与技能 （1）了解什么是热辐射及热辐射的特性，了解黑体与黑体辐射。 （2）了解黑体辐射的实验规律，了解黑体热辐射的强度与波长的关系。 （3）了解能量子的概念。 教学重点：能量子的概念 教学难点：黑体辐射的实验规律 教学过程： 1、黑体与黑体辐射 （1）热辐射现象 固体或液体，在任何温度下都在发射各种波长的电磁波，这种由于物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波的现象称为热辐射。所辐射电磁波的特征与温度有关。 （2）黑体 概念：能全部吸收各种波长的电磁波而不发生反射的物体，称为绝对黑体，简称黑体。 2、黑体辐射的实验规律 黑体热辐射的强度与波长的关系：随着温度的升高，一方面，各种波长的辐射强度都有增加，另一方面，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动。 提出1：怎样解释黑体辐射的实验规律呢？ 在新的理论诞生之前，人们很自然地要依据热力学和电磁学规律来解释。德国物理学家维恩和英国物理学家瑞利分别提出了辐射强度按波长分布的理论公式。结果导致理论与实验规律不符，甚至得出了非常荒谬的结论，当时被称为“紫外灾难”。（瑞利--金斯线，） 3、能量子： 1900年，德国物理学家普朗克提出能量量子化假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量ε（称为能量子）的整数倍，即：ε， 1ε，2ε，3ε，... n ε，n 为正整数，称为量子数。对于频率为ν的谐振子最小能量为： 0 1 2 3 4 6 (μ e 实验结果

我对波粒二象性的理解

我对波粒二象性的理解 基本介绍：波粒二象性是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。 在经典力学中，研究对象总是被明确区分为两类：波和粒子。前者的典型例子是光，后者则组成了人们常说的“物质”。1905年，爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释，人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。 1924年，德布罗意提出“物质波”假说，认为和光一样，一切物质都具有波粒二象性。 发展历史：人们认为大多数的物质是由粒子所组成。而与此同时，波被认为是物质的另一种存在方式。波动理论已经被相当深入地研究，包括干涉和衍射等现象。由于光在托马斯·杨的双缝干涉实验中，以及夫琅和费衍射中所展现的特性，明显地说明它是一种波动。 不过在二十世纪来临之时，这个观点面临了一些挑战。1905年由阿尔伯特·爱因斯坦研究的光电效应展示了光粒子性的一面。随后，电子衍射被预言和证实了。这又展现了原来被认为是粒子的电子波动性的一面。 这个波与粒子的困扰终于在二十世纪初由量子力学的建立所解决，即所谓波粒二象性。它提供了一个理论框架，使得任何物质在一定的环境下都能够表现出这两种性质。量子力学认为自然界所有的粒子，如光子、电子或是原子，都能用一个微分方程，如薛定谔方程来

描述。这个方程的解即为波函数，它描述了粒子的状态。波函数具有叠加性，即，它们能够像波一样互相干涉和衍射。同时，波函数也被解释为描述粒子出现在特定位置的几率幅。这样，粒子性和波动性就统一在同一个解释中。 早期理论：最早的综合光理论是由惠更斯所发展的，他提出减了一个光的波动理论，解释了光波如何形成波前，直线传播。该理论也能很好地解释折射现象。但是，该理论在另一些方面遇见了困难。因而它很快就被牛顿的粒子理论所超越。牛顿认为光是由微小粒子所组成，这样他能够很自然地解释反射现象。并且，他也能稍显麻烦地解释透镜的折射现象，以及通过三棱镜将阳光分解为彩虹。 由于牛顿无与伦比的学术地位，他的理论在一个多世纪内无人敢于挑战，而惠更斯的理论则渐渐为人淡忘。直到十九世纪初衍射现象被发现，光的波动理论才重新得到承认。而光的波动性与粒子性的争论从未平息。 效应方程：由于E=hv，这光照射到原子上，其中电子吸收一份能量，从而克服逸出功，逃出原子。电子所具有的动能Ek=hv-Wo,Wo为电子逃出原子所需的逸出功。这就是爱因斯坦的光电效应方程。 德布罗意假设：λ=h/p=h/mv （m：质量v：速度h：普朗克常数）这是对爱因斯坦等式的一般化，因为光子的动量为p = E / c（c为真空中的光速），而λ = c / ν。 德布罗意的方程三年后通过两个独立的电子散射实验被证实。根据微观粒子波动性发展起来的电子显微镜、电子衍射技术和中子衍射

波粒二象性介绍

波粒二象性 波粒二象性示意圖說明，從不同角度觀察同樣一件物體，可以看到兩種迥然不同的圖樣。 在量子力學裏，微观粒子有时會显示出波动性（这时粒子性較不显著），有时又會显示出粒子性（这时波动性較不显著），在不同条件下分别表现出波动或粒子的性质。這種量子行為稱為波粒二象性（英语：wave-particle duality），是微观粒子的基本属性之一。[1]:105-106 波粒二象性指的是微觀粒子顯示出的波動性與粒子性。這是量子力學的基要概念，是專門針對古典概念無法完整描述量子物體的物理行為而提出的假說。標準的量子力學詮釋將這佯謬解釋為宇宙的基礎性質，而其它種詮釋可能會有標新立異的論述。本條目主要採用的是學術界廣泛認可的哥本哈根詮釋來解釋量子行為。採用這種詮釋，波粒二象性是更廣義的互補性概念的一方面，即量子現象可以用一種方法或另外一種共軛方法來觀察，但不能同時用兩種相互共軛的方法來觀察。[2]:242, 375-376 目录 1 理論概述 2 “波”和“粒子”的数学关系 3 历史 4 發展里程碑 4.1 惠更斯、牛顿 4.2 杨、费涅尔、麦克斯韦、赫茲 4.3 普朗克黑體輻射定律 4.4 爱因斯坦與光子 4.5 德布羅意與物質波 4.6 海森堡不確定性原理 5 大尺寸物體的波動行為 6 應用 7 參閱 8 註釋 9 參考文獻

理論概述 在古典力学裏，研究对象总是被明确区分为「纯」粒子和「纯」波动。前者组成了我们常说的「物质」，後者的典型例子則是光波。波粒二象性解决了这个「纯」粒子和「纯」波动的困扰。它提供了一个理论框架，使得任何物质有時能够表现出粒子性质，有時又能够表现出波動性质。量子力学认为自然界所有的粒子，如光子、电子或是原子，都能用一个微分方程，如薛定谔方程来描述。这个方程的解即为波函数，它描述了粒子的状态。波函数具有叠加性，它们能够像波一样互相干涉。同时，波函数也被解释为描述粒子出现在特定位置的机率幅。这样，粒子性和波动性就统一在同一个解释中。[註 1] 之所以在日常生活中观察不到物体的波动性，是因为他們皆质量太大，导致德布罗意波长比可观察的極限尺寸要小很多，因此可能发生波动性质的尺寸在日常生活经验范围之外。这也是为什么经典力学能够令人满意地解释“自然现象”。反之，对于基本粒子来说，它们的质量和尺寸局限於量子力学所描述的範圍之內，因而与我们所习惯的图景相差甚远。 “波”和“粒子”的数学关系 物质的粒子性由能量和动量刻画，波的特徵则由频率和波长表达，这两组物理量由普 朗克常数联系在一起： 历史 托马斯·杨做雙縫實驗得到的干涉圖樣。 在十九世纪後期，日臻成熟的原子论逐渐盛行，根据原子理论的看法，物质都是由微小的粒子——原子构成，例如，約瑟夫·汤姆孙的阴极射线实验证實，電流是由被称为电子的粒子所组成。在那時，物理學者認为大多数的物质是由粒子所组成。与此同时，波动论已经被相当深入地研究，包括干涉和衍射等现象。由於光波在楊氏雙縫實驗、夫琅禾费衍射實驗中所展现出的特性，明显地说明它是一种波动。 不过在二十世纪来临之时，这些观点面临了一些挑战。1905年，阿爾伯特·愛因斯坦對於光 电效应用光子的概念來解释，物理學者开始意识到光波具有波動和粒子的双重性质。1924年，路易·德布羅意提出“物质波”假说，他主張，「一切物质」都具有波粒二象性，即具有波動和粒子的双重性质。根据德布罗意假说，电子是應該会具有干涉和衍射等波动现象。1927年，

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波粒二象性知识点和练习 一、光电效应现象 1、光电效应： 光电效应：物体在光（包括不可见光）的照射下发射电子的现象称为光电效应。 2、光电效应的研究结论： ①任何一种金属，都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率．．．．．．．．．．．．．．．．，才能产生光电效应；低于这个频率的光不能产生光电效应。②光电子的最大初动能与入射光的强度无关．．．．．．．．．．．．．．．．．．，只随着入射光频率的增大．．而增大．． 。注意：从金属出来的电子速度会有差异，这里说的是从金属表面直接飞出来的光电子。③入射光照到金属上时，光电子的发射几乎是瞬时的．．．．．．．．．．．． ，一般不超过10-9 s ；④当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比。 3、 光电效应的应用： 光电管：光电管的阴极表面敷有碱金属，对电子的束缚能力比较弱，在光的照射下容易发射电子，阴极发出的电子被阳极收集，在回路中形成电流，称为光电流。 注意：①光电管两极加上正向电压，可以增强光电流。②光电流的大小跟入射光的强度和正向电压有关，与入射光的频率无关。入射光的强度越大，光电流越大。③遏止电压U 0。回路中的 光电流随着反向电压的增加而减小，当反向电压U 0满足：02 max 2 1eU mv =，光电流将会减小到零， 所以遏止电压与入射光的频率有关。 4、波动理论无法解释的现象： ①不论入射光的频率多少，只要光强足够大，总可以使电子获得足够多的能量，从而产生光电效应，实际上如果光的频率小于金属的极限频率，无论光强多大，都不能产生光电效应。 ②光强越大，电子可获得更多的能量，光电子的最大初始动能应该由入射光的强度来决定，实际上光电子的最大初始动能与光强无关，与频率有关。 ③光强大时，电子能量积累的时间就短，光强小时，能量积累的时间就长，实际上无论光入射的强度怎样微弱，几乎在开始照射的一瞬间就产生了光电子. 二、光子说 1、普朗克常量 普郎克在研究电磁波辐射时，提出能量量子假说：物体热辐射所发出的电磁波的能量是不连续的，只能是hv 的整数倍，hv 称为一个能量量子。即能量是一份一份的。其中v 辐射频率，h 是一个常量，称为普朗克常量。 2、光子说 在空间中传播的光的能量不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光子，光子的能量ε跟光的频率ν成正比。hv =ε，其中：h 是普朗克常量，v 是光的频率。 三、光电效应方程 1、逸出功W 0: 电子脱离金属离子束缚，逸出金属表面克服离子引力做的功。 2、光电效应方程：如果入射光子的能量hv 大于逸出功W 0，那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的动能——根据能量守恒定律，入射光子的能量hv 等于出射光子的最大初动能与逸出功之和，即 02 max 21W mv hv += 其中2max 2 1mv 是指出射光子的最大初动能。 3、 光电效应的解释：

光的波粒二象性

光的波粒二象性 作为被列入世界上十大经典物理实验之一的双缝实验，让很多物理学家和科学家们伤透脑筋。双缝实验是一种光学实验，大家一起往下看吧。 在量子力学里，双缝实验是一种演示光子或电子等等微观物体的波动性与粒子性的实验。双缝实验是一种“双路径实验”。在这种更广义的实验里，微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径，从初始点抵达最终点。 这两条路径的程差促使描述微观物体物理行为的量子态发生相移，因此产生干涉现象。另一种常见的双路径实验是马赫-曾德尔干涉仪实验。双缝实验还被列入了世界十大经典物理实验之中，但是有人却认为双缝实验十分的难以理解。如果电子是互不干涉地运动，穿过双缝落到黑板上是两道痕迹。如果电子是以波的形式运动，由于波之间存在干涉，穿过双缝落到黑板上是一道道痕迹。一开始实验表明电子以波的形式运动。即使一个个电子发射，黑板上还是一道道痕迹。于是科学家想知道为什么一个个电子发射也会有波的现象，于是将高速摄像机对准双缝以便观察。重点来了：当想进一步观察时，粒子却是是互不干涉地运动，穿过双缝落到黑板上是两道痕迹!!!双缝实验，著名光学实验，在1807年，托马斯·杨总结出版了他的《自然哲学讲义》，里面综合整理了他在光学方面的工作，并在里面第一次描述了双缝实验：把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面，这样就形成了一个点光源(从一个点发出的光源)。现在在纸后面再放一张纸，不同的是第二张纸上开了两道平行的狭缝。从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上，就会形成一系列明、暗交替的条纹，这就是现在众人皆知的双缝干涉条纹。 试验本身没什么问题，证明了光有波粒二象性，但是科学家们想观察清楚如何会这样，于是他们在微观层面上来观察，架设高速摄像机，观察光子是如何一个一个通过缝隙形成波干涉的，这时候神奇的事情出现了，光子波的特性消失了!又变成人类最容易理解的粒子，只出现了两条条纹。这才引出了超级可怕和诡异的电子双缝干涉实验和后来石破天惊的的“延迟选择实验”，给整个人类带来了前所未有的思想冲击。单光子双缝干涉实验现在有一种仪器，每次只发射出一个光子，这时如果遮板上仍然有两个缝隙A和B(遮板与上述传统实验一样)。依照传统理论，该光子每次有且仅有以下三种情况中的一种：被遮板挡住、通过A缝、通过B缝。 因为要观察投射面的光斑分布，所以不必考虑第一种情况。也就是说，只要光子通过了遮板，要么从A缝通过，要么从B缝通过。按照这种传统理论推导，在投射面会形

对波粒二象性的理解

量子力学 题目: 专题理解：波粒二象性 学生姓名 专业 学号 班级 指导教师 成绩 工程技术学院 2016 年 1 月

专题理解：波粒二象性 前言： 波粒二象性（wave-particle duality）是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。在量子力学里，微观粒子有时会显示出波动性（这时粒子性较不显著），有时又会显示出粒子性（这时波动性较不显著），在不同条件下分别表现出波动或粒子的性质。这种量子行为称为波粒二象性，是微观粒子的基本属性之一。但从经典物理学的观点来看，“微粒”和“波”是相互排斥的概念，或者说“波”与“微粒”是两种截然对立的存在。一个东西要么是波，要么是微粒，即“非此即彼”。那么究竟自由理解波粒二象性呢？通过对量子力学课程的学习以及查阅相关资料，我对其有了更深的理解并做了以下整理与总结。 一、波粒二象性理论的发展简述 较为完全的光理论最早是由克里斯蒂安·惠更斯发展成型，他提出了一种光波动说。稍后，艾萨克·牛顿提出了光微粒说。光的波动性与粒子性的争论从未平息。十九世纪早期，托马斯·杨完成的双缝实验确切地证实了光的波动性质。到了十九世纪中期，光波动说开始主导科学思潮，因为它能够说明偏振现象的机制，这是光微粒说所不能够的。同世纪后期，詹姆斯·麦克斯韦将电磁学的理论加以整合，提出麦克斯韦方程组。应用电磁波方程计算获得的电磁波波速等于做实验测量到的光波速度。麦克斯韦于是猜测光波就是电磁波。1888年，海因里希·赫兹做实验发射并接收到麦克斯韦预言的电磁波，证实麦克斯韦的猜测正确无误。从这时，光波动说开始被广泛认可。 为了产生光电效应，光频率必须超过金属物质的特征频率，称为其“极限频率”。根据光波动说，光波的辐照度或波幅对应于所携带的能量，因而辐照度很强烈的光束一定能提供更多能量将电子逐出。然而事实与经典理论预期恰巧相反。1905年，爱因斯坦对于光电效应给出解释。他将光束描述为一群离散的量子，现称为光子，而不是连续性波动。从普朗克黑体辐射定律，爱因斯坦推论，组成光束的每一个光子所拥有的能量等于频率乘以一个常数，即普朗克常数，他提出了“爱因斯坦光电效应方程”。1916年，美国物理学者罗伯特·密立根做实验证实了爱因斯坦关于光电效应的理论。物理学者被迫承认，除了波动性质以外，光也具有粒子性质。 在光具有波粒二象性的启发下，法国物理学家德布罗意在1924年提出一个“物质波”假说，指出波粒二象性不只是光子才有，一切微观粒子，包括电子和质子、中子，都有波粒二象性。他把光子的动量与波长的关系式p=h/λ推广到一切微观粒子上，指出：具有质量m 和速度v 的运动粒子也具有波动性，这种波的波长等于普朗克恒量h 跟粒子动量mv 的比，即λ= h/（mv）。这个关系式后来就叫做德布罗意公式。根据德布罗意假说，电子是应该会具有干涉和衍射等波动现象。1927年，克林顿·戴维森与雷斯特·革末设计与完成的戴维森-革末实验成功证实了德布罗意假说。 2015年瑞士洛桑联邦理工学院科学家成功拍摄出光同时表现波粒二象性的照片。

对波粒二象性的理解和认识

对波粒二象性的理解与认识 摘要:光的波粒二象性被发现之后,德布罗意由此得到启发,大胆地把这二象性推广 到物质客体上去,提出了实物粒子也具有波粒二象性的理论。本文结合所学知识，通过对波粒二象性发展的简单梳理，阐述了目前自己对其的理解与认识。 引言 量子论和相对论是近代物理学的两大支柱, 两者都改变了人们对物质世界的根 本认识并对20世纪的科学技术、生产实践起到了决定性的推动作用。相对论以相对时空观取代源于常识的绝对空观, 量子力学则用以物质粒子的波粒二象性为基础的 概率来描述物质粒子的行为, 使物质粒子的行为具有了神秘的不确定性。经过课本 上的知识的学习，我进行了进一步的了解总结与思考。 1.光的波粒二象性 光究竟是粒子还是波？这个问题涉及对光的本性的不同认识。1672年,牛顿向英国皇家学会递交了一篇《关于光和色的新理论》的论文。他认为光是由许多机械微粒组成的,提出了光的微粒说。19世纪托马斯·扬和其他一些人决定性的证明了, 光的粒子理论是错误的。他们认为,光更应该是一种波。关于波,我们熟悉的一种特性是,干涉。托马斯·扬利用他的著名的双缝实验装置制造出两个光波源, 并观察到光也 有类似的干涉图案。这样,在19世纪下半叶，光的波动说占了统治地位。 但是,没有过多久,19世纪末进行的一些实验,发现了一些新的实验现象,不能用光 的波动理论解释。这些实验里面最著名的就是光电效应和康普顿效应,。而爱因斯坦在普朗克的量子假说基础上提出的光量子假说，对光电效应成功地解释,又复兴了以前的光的粒子论。但这一次并没有否定波动说, 而是由此得出了光的波粒二象性的 结论。 2.物质波 1923 年, 德布罗意在光有波粒二象性的启示下, 提出实物粒子也具有波动性的 假说。德布罗意认为, 任何运动着的物体都伴随着一种波动, 而且不可能将物体的运动和波的传播分开, 这种波称为相位波。存在相位波是物体的能量和动量同时满足 量子条件和相对论关系的必然结果。后来薛定愕解释波函数的物理意义时称为,物 质波,。 德布罗意的物质波理论是在没有得到任何已知事实支持的情况下提出来的, 所 以还只能是一种假说。1 927 年初, 戴维孙和革末通过电子束在镍单晶体表面上散射的实验，观察到了和X射线衍射类似的电子衍射图像，首先证实了德布罗意假说的正确性。同年G. P. 汤姆逊用多晶体薄膜做电子衍射实验，也观察到了和X射线衍射类似的电子衍射图像，实验观测和由德布罗意理论得到的结果非常一致, 这充分证明 了电子具有波动性, 再一次用无可辩驳的事实向人们展示了德布罗意理论是正确的。 以后, 人们通过实验又观察到原子、分子等微观粒子都具有波动性。实验证明了物质具有波粒二象性, 不仅使人们认识到德布罗意的物质波理论是正确的, 而且为

高二物理波粒二象性知识点总结

高二物理波粒二象性知识点总结 高二物理课本中，粒二象性是量子力学中非常重要的概念之一，学生要掌握相关知识点，下面给大家带来高二物理波粒二象性知识点，希望对你有帮助。 高二物理波粒二象性知识点一、量子论 1.创立标志：1900年普朗克在德国的《物理年刊》上发表《论正常光谱能量分布定律》的论文，标志着量子论的诞生。 2.量子论的主要内容 ①普朗克认为物质的辐射能量并不是无限可分的，其最小的、不可分的能量单元即能量子或称量子，也就是说组成能量的单元是量子。 ②物质的辐射能量不是连续的，而是以量子的整数倍跳跃式变化的。 3.量子论的发展 ①1905年，爱因斯坦奖量子概念推广到光的传播中，提出了光量子论。 ②1913年，英国物理学家玻尔把量子概念推广到原子内部的能量状态，提出了一种量子化的原子结构模型，丰富了量子论。 ③到1925年左右，量子力学最终建立。 二、黑体和黑体辐射

1.热辐射现象 任何物体在任何温度下都要发射各种波长的电磁波，并且其辐射能量的大小及辐射能量按波长的分布都与温度有关。这种由于物质中的分子、原子受到热激发而发射电磁波的现象称为热辐射。 ①物体在任何温度下都会辐射能量。 ②物体既会辐射能量，也会吸收能量。物体在某个频率范围内发射电磁波能力越大，则它吸收该频率范围内电磁波能力也越大。 辐射和吸收的能量恰相等时称为热平衡。此时温度恒定不变。 实验表明：物体辐射能多少决定于物体的温度(T)、辐射的波长、时间的长短和发射的面积。 2.黑体 物体具有向四周辐射能量的本领，又有吸收外界辐射来的能量的本领。黑体是指在任何温度下，全部吸收任何波长的辐射的物体。 3.实验规律： ①随着温度的升高，黑体的辐射强度都有增加; ②随着温度的升高，辐射强度的极大值向波长较短方向移动。 三、光电效应

光的波粒二象性

第二节光的波粒二象性 教学目标： 一、知识目标 1.了解事物的连续性与分立性是相对的； 2.了解光既具有波动性，又具有粒子性； 3.了解光是一种概率波。 二、能力目标 1.能自己举出实例理解连续性与分立性是相对的； 2.能通过日常和实验事例理解概率的意义； 3.能领会课本的实验意义。 三、德育目标 通过这节课的学习，领会实验是检验真理的唯一标准；体会我们唯有敢于打破旧的传统的经验才能有所创新、有所发现。 教学重点：1.光具有波粒二象性；2.光是一种概率波。 教学难点：1.概率概念；2.光波是概率波。 教学方法：在学生阅读课文及《康普顿效应》材料的基础上对分立性和连续性、概率、光波是概率波等问题展开课堂讨论，由学生回答课本提出的问题，最后由教师归纳，统一认识。 教学过程： 一、引言：干涉和衍射现象说明了光具有波动性。而光电效应现象又无可辩驳地证明了光具有粒子性，这使人们感到困惑，光的面目究竟是什么样的？我们好象很难在脑子里描绘出光既是粒子又是波的图景。所以这一节课我们将继续学习关于光是什么的课题光的波粒二象性。 二、布置学生阅读课本，同时思考课本中的“思考与讨论”及练习二的（1）、（2）、（3）。 三、课堂讨论： （一）、光的波粒二象性

1.光的波动性和粒子性的实验基础。 2.分立与连续是相对的 老师问：谁能仿照课本的例子举例说明分立性与连续性是相对的？ 例子： a.在地上撒一把米，这些米看起来是分立的，如果直接倒 几筐米组成米堆时，测一堆米的体积可以认为它是连续的。 b.下雨天，一开始是雨点，是分立的，下大了以后，就变 成连续的了。 c.课本中的实验，当曝光量很少时，在胶片上是一个一个 的点，这时光看起来是分立的；曝光量多的时候就变成亮带了， 这时又是连续的。 引导学生回答出：当通过狭缝的光很少时，这时它们就像撒在地上的一把米，表现出粒子性；当曝光量很大时表现出连续性。 说明：当曝光量很大时出现的干涉亮条纹的地方和利用机械波的干涉公式计算的结果刚好又是相符的，正是某种波通过双缝后发生 干涉时振幅加强的区域。故说明光是一种波，具有波动性。 教师归纳：少量光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性。 3.概率概念 教师：我们现在来讨论概率的意义，概率表征某一事物出现的可能性。 让我们来看看课本的思考题，你们能否举例说明有些事件个别出现时看不出什么规律，而大量出现时则显示出一定的规律性？ 例子： 在热学中研究分子热运动的速率。温度升高时，不一定每一个分子运动的速率都增大，每个分子速率的变化没规律，但多数分子的速率在某一个值附近。随着温度的升高这一值会向速率大的方向移动。也就是说，个别分子的运动是完全无规律的，但对大量分子所做的统计分析却表现出一种规律概率规律。 教师引导回到课本上来：当曝光量很大时，实验就得到了丁图，那

高中物理必备知识点 波粒二象性

第十六章波粒二象性 一、光电效应 1．定义：在光的照射下从物体发射出电子的现象(发射出的电子称为光电子)． 2．产生条件：入射光的频率大于极限频率． 3．光电效应规律 (1)每种金属都有一个极限频率，入射光的频率必须大于这个极限频率才能产生光电效应． (2)光电子的最大初动能与入射光的强度无关，只随入射光频率的增大而增大． (3)光电效应的发生几乎是瞬时的，一般不超过10－9 s. (4)当入射光的频率大于极限频率时，光电流的强度与入射光的强度成正比． 二、光电效应方程 1．基本物理量 (1)光子的能量：ε＝hν其中h＝6.63×10－34 J·s(称为普朗克常量)． (2)逸出功：使电子脱离某种金属所做功的最小值． (3)最大初动能 发生光电效应时，金属表面上的电子吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有动能的最大值． 2．光电效应方程 爱因斯坦光电效应方程是根据能量守恒定律推导出来的．描述的是光电子的最大初动能 E k跟入射光子的能量hν和逸出功W之间的关系：E k＝hν－W 三、波粒二象性、物质波 1．光的波粒二象性 (1)光电效应说明光具有粒子性，同时光还具有波动性，即光具有波粒二象性． (2)大量光子运动的规律表现出光的波动性，单个光子的运动表现出光的粒子性． (3)光的波长越长，波动性越明显，越容易看到光的干涉和衍射现象．光波的频率越高，粒子性越明显，穿透本领越强． 2．物质波 任何一个运动的物体，小到微观粒子，大到宏观物体，都有一种波与它相对应， 其波长等于 h mv，也称为德布罗意波、物质波。 特别提示：物质波既不是机械波，也不是电磁波，物质波乃是一种概率波． 四、正确理解光电效应规律中的两个关系 1．光电子的最大初动能与入射光频率的关系 光电子的最大初动能E k，随入射光频率ν的增大而增大；由爱因斯坦光电效应方程知：E k＝h

光的波粒二象性

光的波粒二象性 ━━本章总结 一部光学说的发展史，就是人类认识光本性的认识史。让我们再次作一个简略的回顾，肯定比第一课有更深刻的理解。 光的干涉、衍射有力地证明光是一种波。但它是一种什么性质的波泥？ 两种不同的光波理论 １、惠更斯的波动说──把光看作是某种在介质中传播的波。这是一种典型的机械波观念，需借助介质，且波是连续的。 ２、麦克斯韦的电磁说──把光波看作是一种电磁波。 两种观点的争论焦点是：光波传播是否需要介质？⑴、寻找这种介质“以太”的彻底失败（本来无一物，何来自寻烦？）。⑵、电磁波本身就是物质，自身携带能量，无须借助介质传播。⑶、但还有另一个主要问题还未解决，光波是否就是电磁波？麦克斯韦的电磁场理论证明了电磁场的速度等于光速，并由此看到了两者间的联系。赫兹又从实验得到了证实，光的行为与电磁波的行为一致，从而在理论和实验上证明了光确实是一种电磁波。它揭露了光现象的电磁本质，把光、电、磁统一起来，加深了我们对物质世界的联系和认识。光的电磁说是对光的波动说的扬弃，保留了波的特质，抛弃了它机械振动、传播连续的成份。 光电效应现象对光的电磁说提出了严重的挑战。使我们不得不再回到微粒说方面来。 ３、牛顿的微说──把光看作沿直线传播的粒子流。它带有明显的机械运动的痕迹，也无法解释光的干涉、衍射这些现象。但这个学说中仍含有其合理的成份，这就是光的粒子性。 ４、爱恩斯坦抛弃了牛顿微说中机械运动的成份，吸收了（对方──波动说）电磁辐射量子化的研究成果，把电磁辐射量子化转变、发展成为光行为的量子化，即光子说，重新恢复了光的粒子性的权威。 但是，光子的物质性、不连续性并非牛顿微粒说意义下的实物粒子，光子没有静止质量，就个别光子而言，它与宏观质点的运动不同，没有一定的轨道，因而无法对个别光子的行为作出“科学的”预测，它的行为不服从牛顿经典力学。光子说使光的粒子性有了新质的内容。 ５、在对光本性的认识过程中，惠更斯的波动说和牛顿的微粒说是相互排斥、相互对立的。后来发展成为光的电磁说和光子说。人们发现，这两种相互对立的学说彼此都含有对方的成份，无法划清界线，更无法绝对独立，谁都不能说自己就是客观真理。光学说发展到此，已无法逃避辩证的综合。中国有句古话，叫做两极相通。人们终于明白，光的波动性和粒子性，不过是光这一客观事物矛盾对立的两个方面，它们共存于光这个统一体中，是矛盾的对立统一，彼此以对方存在为前提，这就是光的波粒二象性。它排除了非此即彼的形而上学观念（这正是形式逻辑的重大特征！），建立了亦此亦彼的辩证观念，即在一定条件下承认非此即彼，在另一条件下又承认亦此亦彼。对光来说，一定条件下（大量光子、传播过程、低频率光）波动性上升为矛盾主要方面，则波动性显著；而在另一条件下（个别光子、光与物质作用、高频率光子）粒子性上升为矛盾主要方面，则粒子性显著。所谓彼一时也，此一时也，在微观世界里也存在着。在宏观物体来说不可思议的波粒二象性，在微观世界里却是真实的图景。矛盾啊！然而是事实。只有辩证思维才可以把握。恩格斯曾经指出：“常识在它自己的日常活动范围内是极可尊敬的东西，但它一跨入广阔的研究领域，就会遇到惊人的变故。形而上学的思维方式，虽然在相当广泛、各依对象的性质而大小不同的领域是正当的，甚至是必要的，可是它每一次迟早都要达