17.3光的本性和粒子的波动性

光的本性•有记者曾问英国物理学家、诺贝尔获奖者布拉格教授：光是波还是粒子？•布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休息。”•如果你是布拉格教授，将如何机智地回答？•那么光的本性到底是什么？光的本性光学发展史1672牛顿微粒说T/年惠更斯波动说1690麦克斯韦电磁说18641905爱因斯坦光子说光的性质实验事实描述的物理量波动性粒子性波动性粒子性光的干涉光的衍射光电效应康普顿效应ν、λhph密立根光电效应实验光学发展史1672牛顿微粒说T/年惠更斯波动说1690麦克斯韦电磁说18641905爱因斯坦光子说波动性粒子性1801托马斯·杨双缝干涉实验1814菲涅耳衍射实验赫兹电磁波实验1888赫兹发现光电效应19161922康普顿效应牛顿微粒说占主导地位波动说渐成真理1672牛顿微粒说T/年惠更斯波动说1690麦克斯韦电磁说18641905爱因斯坦光子说波动性粒子性1909爱因斯坦光的波粒二象性光既具有粒子性，又具有波动性。光学发展史hmc2hmcp粒子性波动性（具有能量）（具有频率）（具有动量）hph架起了粒子性与波动性之间的桥梁一.光的波粒二象性（具有波长）栏目导引多维课堂师生互动随堂演练巩固提升预习导学新知探究第十七章波粒二象性对光的波粒二象性的理解实验基础表现说明光的波动性干涉和衍射(1)光子在空间各点出现的可能性大小可用波动规律来描述；(2)足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质；(3)波长长的光容易表现出波动性(1)光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间相互作用产生的；(2)光的波动性不同于宏观观念的波栏目导引多维课堂师生互动随堂演练巩固提升预习导学新知探究第十七章波粒二象性实验基础表现说明光的粒子性光电效应、康普顿效应(1)当光同物质发生作用时，这种作用是“一份一份”进行的，表现出粒子的性质；(2)少量或个别光子容易显示出光的粒子性；(3)波长短的光，粒子性显著(1)粒子的含义是“不连续”“一份一份”的；(2)光子不同于宏观观念的粒子栏目导引多维课堂师生互动随堂演练巩固提升预习导学新知探究第十七章波粒二象性(多选)下列有关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．康普顿效应表明光具有粒子性[答案]CD第十七章波粒二象性[随堂检测]1．(2017·哈尔滨高二检测)下列各组现象能说明光具有波粒二象性的是()A．光的色散和光的干涉B．光的干涉和光的衍射C．泊松亮斑和光电效应D．光的反射和光电效应解析：选C．光的干涉、衍射、泊松亮斑是光的波动性的证据，光电效应说明光具有粒子性，光的反射和色散不能说明光具有波动性或粒子性，故选项C正确．1672牛顿微粒说T/年惠更斯波动说1690麦克斯韦电磁说18641905爱因斯坦光子说波动性粒子性1909爱因斯坦光的波粒二象性光既具有粒子性，又具有波动性。1924德布罗意粒子的波粒二象性实物粒子既具有粒子性，也具有波动性。二.粒子的波粒二象性德布罗意原来学习历史，后来改学理论物理学。他善于用历史的观点，用类比方法分析问题。1924年，他考虑到普朗克量子爱因斯坦光子理论的成功在博士论文《关于量子理论的研究》中大胆地把光的波粒二象性推广实物粒子，如电子，质子等。于是他提出实物粒子也具有波动性。这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波.爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义，誉之为“揭开一幅大幕的一角”。法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。二.粒子的波粒二象性粒子的波动性光(波)具有粒子性一.德布罗意假设那么实物粒子也应具有波动性。实物粒子具有波动性吗?L.V.deBroglie（法，18921986）从自然界的对称性出发，认为：既然光(波)具有粒子性1924.11.29德布洛意把题为“量子理论的研究”的博士论文提交巴黎大学。实物粒子的波动性与粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波，一个能量为E、动量为p的实物粒子同时具有波动性，phhEhphE他在论文中指出：关系与光子一样：它的波长、频率和E、p的爱因斯坦─德布罗意关系式─德布罗意波长（deBrogliewavelength）朗之万把德布洛意的文章寄给爱因斯坦，爱因斯坦称赞说：“揭开了自然界巨大帷幕的一角”“瞧瞧吧，看来疯狂，可真是站得住脚呢”论文获得了评委会的高度评价。1927年G.P.汤姆逊（J.J.汤姆逊之子）也独立完成了电子衍射实验。与C.J.戴维森共获1937年诺贝尔物理学奖。CsUKG屏P多晶薄膜高压栅极阴极1.电子衍射实验电子束在穿过细晶体粉末或薄金属片后，也象X射线一样产生衍射现象。此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。粒子波动性的验证2.一个一个电子依次入射双缝的衍射实验：7个电子100个电子30002000070000栏目导引多维课堂师生互动随堂演练巩固提升预习导学新知探究第十七章波粒二象性对物质波的理解和波长计算1．对物质波的理解(1)任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小的缘故．(2)粒子在空间各处出现的几率受统计规律支配，不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波．栏目导引多维课堂师生互动随堂演练巩固提升预习导学新知探究第十七章波粒二象性(3)德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．栏目导引多维课堂师生互动随堂演练巩固提升预习导学新知探究第十七章波粒二象性2．计算物质波波长的方法(1)根据已知条件，写出宏观物体或微观粒子动量的表达式p＝mv.(2)根据波长公式λ＝hp求解．(3)注意区分光子和微观粒子的能量和动量的不同表达式．如光子的能量：ε＝hν，动量p＝hλ；微观粒子的动能：Ek＝12mv2，动量p＝mv.栏目导引多维课堂师生互动随堂演练巩固提升预习导学新知探究第十七章波粒二象性命题视角1对物质波的理解下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是()A．任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波B．X光的衍射证实了物质波的假设是正确的C．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性[答案]C栏目导引多维课堂师生互动随堂演练巩固提升预习导学新知探究第十七章波粒二象性【通关练习】1．(多选)根据物质波的理论，下列说法正确的是()A．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B．微观粒子和宏观物体都具有波动性C．宏观物体的波动性不易被察觉，因为它的波长太长D．速度相同的质子和电子，电子的波动性更为明显[答案]BD