高考物理复习 光的波粒二象性 ppt.ppt

二 光的波粒二象性 圆屏衍射 圆孔衍射 钢针的衍射 增透膜 薄膜干涉 镜面检测 光的干涉和衍射现象表明光确实是一种波 1 产生光电效应的条件 光电效应的基本规律 2 光电子的最大初动能爱因斯坦的光电方程 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 无论光强怎样大 也不能产生光电效应 4 光电流强度的决定当入射光的频率大于极限频率时 光电流强度与入射光的强度成正比 3 光电效应的产生时间光电子发射所经过的时间至多为10 9秒 这个现象一般称作 光电子的瞬时发射 爱因斯坦 康普顿 光电效应以及康普顿效应等无可辩驳的证实了光是一种粒子 光是一种波 同时也是一种粒子 光具有波粒二象性 频率低波长长的光波动性较明显 频率高波长短的光粒子性较明显 光具有波粒二象性 当我们用很弱的光做双缝干涉实验时 将感光胶片放在屏的位置上 会看到什么样的照片呢 为什么会有这种现象 短 长 曝光时间 结论 1 这张照片清晰的显示了光的粒子性 2 光子落在某些条形区域内的可能性较大 干涉加强区 说明光子在空间各点出现的可能性的大小 概率 可以用波动规律进行解释 光波是一种概率波 概率表征某一事物出现的可能性 伽尔顿板实验 表明单个小球下落的位置是不确定的 但是它落在中间狭槽的可能性要大一些 即小球落在中间的概率较大 猜测 光既是一种波 又是一种粒子 因此有的科学家猜测 在一束光中 光子之间的相互作用使光表现出了波的性质现在请大家猜测一下是否是这一原因 如何设计一个实验证明你的观点 让我们换一个角度思考 仍然考虑双缝干涉实验 减弱光源 分析 当光源和感光胶片之间不可能同时有两个和多个光子时 长时间曝光得到的照片仍然和光源很强 曝光时间较短时一样 则光的波动性不是光子之间的相互作用引起的 波动性是光子本身的一种属性 气体分子热运动时 电流 光的波动性 光的粒子性 我们在思考物理概念或物理规律时 往往建立新的模型 光的波粒二象性 光本性认识 1 光子既不是经典的波 惠更斯波 也不是经典的粒子 牛顿弹性球 光是客观世界物质形式之一 2 光的波粒二象性最好地反映了自然科学中的矛盾统一性 对立依存的唯物辩证思想和奇异和谐美 由此使人类对微观世界的认识大步向前 练习题 1 光的 和 现象说明光具有波动性 现象说明光具有粒子性 我们无法只用其中一种观点说明光的一切行为 因而认为光具有 性 干涉 衍射 光电效应 波粒二象 2 光既具有波动性 又具有粒子性 大量光子表现出的 强 少量光子表现出的 强 频率高的光子表现出的 强 频率低的光子表现出的 强 波动性 粒子性 粒子性 波动性 物质波 物质 实物 宏观物体 微观粒子 场 电场 磁场 问题 光是一种电磁波 同时光又具有粒子性 那么 原子 分子等实物粒子是否也会在一定条件下表现出波动性 猜想 1924年 法国物理学家德布罗意大胆假设所有运动着的物体 除了具有粒子的特性之外 也必定同时具有波动的特性 任何运动着的物体 除了具有粒子的特性之外 也必定同时具有波动的特性 这种伴随着物体的波动称为物质波 也叫德布罗意波 物质波 法国物理学家 德布罗意提出物质波的概念 物质波的频率 波长 e 物质的能量 p 物质的动量 问题 为何一般宏观物体的波动性很难观察到 答案 因为宏观物体的德布罗意波长太小 所以很难观察到它们的波动性 微观粒子更容易些 例1 估算一下运动员百米赛跑时的德布罗意波长 并说明我们能否观察到运动员的波动性 波长太短 很难观察到其波动性 例2 课本p52例题 1927年 英美两国物理学家分别用电子束照射金属晶体 晶格数量级10 10m 得到了电子束的衍射图案 验证了德布罗意的假设 戴维森 美国 g p 汤姆生 英国 1937年诺贝尔物理学奖 微观粒子的衍射实验 根据电子衍射图案得到的结论 物质波也是概率波 电子落在 亮圆 的概率大 落在 暗圆 的概率小 光子和实物粒子在空间分布的概率受波动规律支配 所以 光波和物质波都是概率波 牛顿力学的局限性 对于微观粒子的运动 牛顿力学已经不再适用了 氢原子中的电子云 电子云是一种形象化的比喻 电子在原子核外空间的某区域内出现 好象带负电荷的云笼罩在原子核的周围 人们形象地称它为 电子云 电子是一种微观粒子 在原子如此小的空间 直径约10 10米 内作高速运动 核外电子的运动与宏观物体运动不同 没有确定的方向和轨迹 只能用电子云描述它在原子核外空间某处出现机会的大小 氢原子处于n 1能级时的电子云 小黑点表示氢原子外一个电子在核外某空间单位体积内出现机会的多少 离核近处 黑点密度大 电子出现机会多 离核远处 电子出现机会少 氢原子电子云 给氢原子拍摄一张照片 再给氢原子拍摄一张照片 再给氢原子拍摄一张照片 再给氢原子拍摄一张照片 再给氢原子拍摄一张照片 给氢原子拍照 并将2张照片叠加 给氢原子拍照 并将3张照片叠加 给氢原子拍照 并将4张照片叠加