第三节 实物粒子的波粒二象性
三维教学目标
1、知识与技能
（1）了解光既具有波动性，又具有粒子性；
（2）知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性；
（3）知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。
（4）了解不确定关系的概念和相关计算；
2、过程与方法
（1）了解物理真知形成的历史过程；
（2）了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性；
（3）知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。
3、情感、态度与价值观
（1）通过学生阅读和教师介绍讲解，使学生了解科学真知的得到并非一蹴而就，需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正与修正；
（2）通过相关理论的实验验证，使学生逐步形成严谨求实的科学态度；
（3）通过了解电子衍射实验，使学生了解创造条件来进行有关物理实验的方法。 教学重点：实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系。 教学难点：实物粒子的波动性的理解。
教学方法：学生阅读－讨论交流－教师讲解－归纳总结。
教学用具：课件：PP 演示文稿（科学家介绍，本节知识结构）。多媒体教学设备
（一）引入新课
提问：前面我们学习了有关光的一些特性和相应的事实表现，那么我们究竟怎样来认识光的本质和把握其特性呢？（光是一种物质，它既具有粒子性，又具有波动性。在不同条件下表现出不同特性，分别举出有关光的干涉衍射和光电效应等实验事实）。
我们不能片面地认识事物，能举出本学科或其他学科或生活中类似的事或物吗？
（二）进行新课
1、光的波粒二象性
讲述光的波粒二象性，进行归纳整理。
（1）我们所学的大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。
（2）光子在空间各点出现的概率遵从波动规律，物理学中把光波叫做概率波。
2、光子的能量与频率以及动量与波长的关系。
hv =ε λ/h p = λ/h p =＝c v hv //ελ=
提问：作为物质的实物粒子(如电子、原子、分子等)是否也具有波动性呢？
3、粒子的波动性
提问：谁大胆地将光的波粒二象性推广到实物粒子？只是因为他大胆吗？（法国科学家德布罗意考虑到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的成功，大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子。）
（1）德布罗意波：实物粒子也具有波动性，这种波称之为物质波，也叫德布罗意波。
（2）物质波波长： p h =
λ＝γ
p E m v h = 提问：各物理量的意义？（λ为德布罗意波长，h 为普朗克常量，p 为粒子动量）
阅读课本有关内容，为什么德布罗意波观点很难通过实验验证？又是在怎样的条件下使实物粒子的波动性得到了验证？
4、物质波的实验验证
提问：粒子波动性难以得到验证的原因？（宏观物体的波长比微观粒子的波长小得多，这在生活中很难找到能发生衍射的障碍物，所以我们并不认为它有波动性，作为微观粒子的电子，其德布罗意波波长为10－10m 数量级，找与之相匹配的障碍物也非易事）
例题：某电视显像管中电子的运动速度是4.0×107m/s ；质量为10g 的一颗子弹的运动速度是200m/s 。分别计算它们的德布罗意波长。（根据公式p h /=λ计算得1.8×10-11m 和3.3×10-34m ）
电子波动性的发现者——戴维森和小汤姆逊
电子波动性的发现,使得德布罗意由于提出实物粒子具有波动性这一假设得以证实，并因此而获得1929年诺贝尔物理学奖，而戴维森和小汤姆逊由于发现了电子的波动性也同获1937年诺贝尔物理学奖。
阅读有关物理学历史资料，了解物理学有关知识的形成建立和发展的真是过程。（应用物理学家的历史资料，不仅有真实感，增强了说服力，同时也能对学生进行发放教育，有利于培养学生的科学态度和科学精神，激发学生的探索精神）
电子衍射实验：1927年，两位美国物理学家使电子束投射到镍的晶体上，得到了电子束的衍射图案，从而证实了德布罗意的假设。除了电子以外，后来还陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性。
提问：衍射现象对高分辨率的显微镜有影响否？如何改进？（显微镜的分辨本领）
5、德布罗意波的统计解释
1926年，德国物理学玻恩 （Born ， 1882--1972） 提出了概率波，认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性，但是大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统计规律。
6、经典波动与德布罗意波（物质波）的区别
经典的波动（如机械波、电磁波等）是可以测出的、实际存在于空间的一种波动。而德布罗意波（物质波）是一种概率波。简单的说，是为了描述微观粒子的波动性而引入的一种方法。
7、不确定度关系（uncertainty relatoin ）
经典力学：运动物体有完全确定的位置、动量、能量等。微观粒子：位置、动量等具有不确定量（概率）。
（1）电子衍射中的不确定度
如图所示，一束电子以速度 v 沿 oy 轴射向狭缝。电子在中央主极大区域出现的几率最大。在经典力学中，粒子（质点）的运动状态用位置坐标和动量来描述，而且这两个量都可以同时准确地予以测定。然而，对于具有二象性的微观粒子来说，是否也能用确定的坐标和
确定的动量来描述呢？
下面我们以电子通过单缝衍射为例来进行讨论。
设有一束电子沿oy 轴射向屏AB 上缝宽为a 的狭缝，于是，在照相底片CD 上，可以观察到如下图所示的衍射图样。如果我们仍用坐标x 和动量p 来描述这一电子的运动状态，那么，我们不禁要问：一个电子通过狭缝的瞬时，它是从缝上哪一点通过的呢?也就是说，电子通过狭缝的瞬时，其坐标x 为多少?显然，这一问题，我们无法准确地回答，因为此时该电子究竟在缝上哪一点通过是无法确定的，即我们不能准确地确定该电子通过狭缝时的坐标。 研究表明： 对于第一衍射极小，a λ
θ=1sin 式中λ为电子的德布罗意波长。电子的位置和动量分
别用x 和p 来表示。电子通过狭缝的瞬间，其位置在 x 方向上的不确定量为a x =?，同一时
刻，由于衍射效应，粒子的速度方向有了改变，缝越小，动量的分量 p x 变化越大。 分析计算可得： π4h p x ≥??
式中h 为普朗克常量。这就是著名的不确定性关系，简称不确定关系。
上式表明：
①许多相同粒子在相同条件下实验，粒子在同一时刻并不处在同一位置。
②用单个粒子重复，粒子也不在同一位置出现。
例题解析：
例1：一颗质量为10g 的子弹，具有200m ·s -1的速率，若其动量的不确定范围为动量的0.
01%(这在宏观范围是十分精确的了)，则该子弹位置的不确定量范围为多大?解：子弹的动量
s kgm s kgm mv p /0.2/20001.0=?==
动量的不确定范围 s kgm s kgm p p /100.2/2100.1%01.044--?=??=?=? 由不确定关系式 π
4h p x ≥??，得子弹位置的不确定范围 m m p h x 31434
106.210
0.214.341063.64---?=????=??=?π 我们知道，原子核的数量级为10-15
m ，所以，子弹位置的不确定范围是微不足道的。可见子弹的动量和位置都能精确地确定，不确定关系对宏观物体来说没有实际意义。
例2：一电子具有200 m/s 的速率，动量的不确定范围为动量的0.01%(这已经足够精确了)，则该电子的位置不确定范围有多大?解 : 电子的动量为： s kgm s kgm mv p /108.1/200101.92831--?=??==
动量的不确定范围s
kgm s kgm p p /108.1/108.1100.1%01.032284---?=???=?=?由不确定关系式，得电子位置的不确定范围
m m p h x 33234
109.210
8.114.341063.64---?=????=??=?π我们知道原子大小的数量级为10-10m ，电子则更小。在这种情况下，电子位置的不确定范围比原子的大小还要大几亿倍，可见企图精确地确定电子的位置和动量已是没有实际意义。
8、微观粒子和宏观物体的特性对比
9、不确定关系的物理意义和微观本质
（1）物理意义：
微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。粒子位置的不确定量x ?越小，动量的不确
定量x p ?就越大，反之亦然。
（2） 微观本质：是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然结果。
不确定关系式表明：
① 微观粒子的坐标测得愈准确(0→?x ) ，动量就愈不准确(∞→?x p ) ；微观粒子的动量测得愈准确(0→?x p ) ，坐标就愈不准确(∞→?x ) 。但这里要注意，不确定关系不是说微观粒子的坐标测不准；也不是说微观粒子的动量测不准；更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准；而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准。
② 为什么微观粒子的坐标和动量不能同时测准？这是因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量。这本质上是微观粒子具有波粒二象性的必然反映。由以上讨论可知，不确定关系是自然界的一条客观规律，不是测量技术和主观能力的问题。
③ 不确定关系提供了一个判据：当不确定关系施加的限制可以忽略时，则可以用经典理论来研究粒子的运动。当不确定关系施加的限制不可以忽略时，那只能用量子力学理论来处理问题。
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．
第三节 实物粒子的波粒二象性 三维教学目标 1、知识与技能 （1）了解光既具有波动性，又具有粒子性； （2）知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性； （3）知道德布罗意波的波长和粒子动量关系。 （4）了解不确定关系的概念和相关计算； 2、过程与方法 （1）了解物理真知形成的历史过程； （2）了解物理学研究的基础是实验事实以及实验对于物理研究的重要性； （3）知道某一物质在不同环境下所表现的不同规律特性。 3、情感、态度与价值观 （1）通过学生阅读和教师介绍讲解，使学生了解科学真知的得到并非一蹴而就，需要经过一个较长的历史发展过程，不断得到纠正与修正； （2）通过相关理论的实验验证，使学生逐步形成严谨求实的科学态度； （3）通过了解电子衍射实验，使学生了解创造条件来进行有关物理实验的方法。 教学重点：实物粒子和光子一样具有波粒二象性，德布罗意波长和粒子动量关系。 教学难点：实物粒子的波动性的理解。 教学方法：学生阅读－讨论交流－教师讲解－归纳总结。 教学用具：课件：PP 演示文稿（科学家介绍，本节知识结构）。多媒体教学设备 （一）引入新课 提问：前面我们学习了有关光的一些特性和相应的事实表现，那么我们究竟怎样来认识光的本质和把握其特性呢？（光是一种物质，它既具有粒子性，又具有波动性。在不同条件下表现出不同特性，分别举出有关光的干涉衍射和光电效应等实验事实）。 我们不能片面地认识事物，能举出本学科或其他学科或生活中类似的事或物吗？ （二）进行新课 1、光的波粒二象性 讲述光的波粒二象性，进行归纳整理。 （1）我们所学的大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。 （2）光子在空间各点出现的概率遵从波动规律，物理学中把光波叫做概率波。 2、光子的能量与频率以及动量与波长的关系。 hv =ε λ/h p = λ/h p =＝c v hv //ελ= 提问：作为物质的实物粒子(如电子、原子、分子等)是否也具有波动性呢？ 3、粒子的波动性 提问：谁大胆地将光的波粒二象性推广到实物粒子？只是因为他大胆吗？（法国科学家德布罗意考虑到普朗克能量子和爱因斯坦光子理论的成功，大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子。） （1）德布罗意波：实物粒子也具有波动性，这种波称之为物质波，也叫德布罗意波。
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。
高考物理最新近代物理知识点之波粒二象性真题汇编附答案解析(3) 一、选择题 1．氢原子能级关系如图，下列是有关氢原子跃迁的说法，正确的是 A．大量处于n=3能级的氢原子，跃迁时能辐射出2种频率的光子 B．用n=2能级跃迁到n=1能级辐射出的光子照射逸出功为4.54eV的金属钨能发生光电效应 C．用能量为10.3eV的光子照射，可使处于基态的氢原子跃迁到n=2能级 D．氢原子从n=3能级向基态跃迁时，辐射出的光子能量为1.51eV 2．如图所示为光电管的示意图，光照时两极间可产生的最大电压为0.5V。若光的波长约为6×10－7m，普朗克常量为h，光在真空中的传播速度为c，取hc=2×10－25J·m，电子的电荷量为1.6×10－19C，则下列判断正确的是 A．该光电管K极的逸出功大约为2.53×10－19J B．当光照强度增大时，极板间的电压会增大 C．当光照强度增大时，光电管的逸出功会减小 D．若改用频率更大、强度很弱的光照射时，两极板间的最大电压可能会减小 3．下表是按照密立根的方法进行光电效应实验时得到的某金属的遏止电压U c和入射光的频率ν的几组数据． U c/V0.5410.6370.7140.809 0.878 ν/1014Hz 5.644 5.888 6.098 6.303 6.501 由以上数据应用Execl描点连线，可得直线方程，如图所示．
则这种金属的截止频率约为 A ．3.5× 1014Hz B ．4.3× 1014Hz C ．5.5× 1014Hz D ．6.0× 1014Hz 4．如图为氢原子能级图，氢原子中的电子从n=5能级跃迁到n=2能级可产生a 光，从n=4能级跃迁到n=2能级可产生b 光，a 、b 光照射到逸出功为2. 29eV 的金属钠表面均可产生光电效应，则（ ） A ．a 光的频率小于b 光的频率 B ．a 光的波长大于b 光的波长 C ．a 光照射所产生的光电子最大初动能0.57k E eV = D ．b 光照射所产生的光电子最大初动能0.34k E eV = 5．用一定频率的入射光照射锌板来研究光电效应，如图，则 A ．任意光照射锌板都有光电子逸出
对波粒二象性的理解 和认识 电子工程与信息科学系 黄金 PB11210054
从我们出生的那一刻起，光就伴随着我们。我们的生活离不开阳光，有了光，才有了我们色彩斑斓的生活。人们对光学最初的研究，也是从“人类为何能看到周围的物体开始”。经历了半个多学期的光学学习我对光又有了全新的认识。 大学以前，我们接触到的主要是几何光学，它让我们对光有了最初的认识。它让我们知道光是沿直线传播的，同时又引出了光的反射、折射等基本性质。费马定理更是让我们对光有了更为全面的认识。我们似乎觉得这好像就是光的全部。其实不然，大学又为我们开启了一扇全新的大门，让我们更进一步的认识光，了解光。 光的干涉衍射让我们知道了光是一种波。而对于光电效应和黑体辐射等问题的研究又让我们看到了光的电磁性！既能像波浪一样向前传播，又表现出粒子的特征，我们称光具有“波粒二象性”。 从光的波粒二象性的发现到发展经历了相当长的时间，也是一段无比辉煌的阶段。光一直被认为是最小的物质，虽然它是个最特殊的物质，但可以说探索光的本性也就等于探索物质的本性。历史上，整个物理学正是围绕着物质究竟是波还是粒子而展开的。17 世纪以前，人们对光的认识只停留在简单的几何光学的层面上，例如光的反射、折射等光的直线传播现象，这也是光学的初期发展。十七世纪初期，人们逐渐发现了与光的直线传播不完全符合的事实，意大利人格里马第率先观察到了光的衍射现象，接着1672-1675 年间胡克也观察到了光的衍射现象，并且和波意耳互相独立地研究了薄膜所产生的彩色干涉条纹，衍射现象，简而言之，就是光波遇到小障碍物或小孔时，绕过障碍物进入几何
阴影区继续传播，并在障碍物后的观察屏上呈现出光强的不均匀分布的现象。所有这些现象的发现都为光的波动理论的萌芽奠定了坚实的基础。17 世纪下半叶，英国物理学家牛顿以极大的兴趣和热情开始了对光学的研究。通过白光实验并根据光的直线传播的性质，他提出了光是微粒流的理论，然而他的这一理论因无法解释光在绕过障碍物之后所发生的衍射现象，遭到了以惠更斯为代表的波动学说的强烈反对。光的研究在18 世纪实际上并没有什么发展，由于牛顿在学术界的权威和盛名，大多数科学家仍在支持光的微粒学说，不过笛卡儿学派中瑞士的欧拉和法国的伯努利却捍卫并发展了光的波动理论。 人们探索的脚步永不停息。到了十九世纪，初步发展起来的波动光学的体系已经形成。杨氏（托马斯?杨）和菲涅耳的著作对光学的发展起到了决定性的作用，著名的“杨氏双缝干涉试验”还第一次成功地测定了光的波长，光学界沉闷的空气再次活跃起来。后来菲涅耳用杨氏干涉原理补充了惠更斯原理，形成人们所熟知的惠更斯--菲涅耳原理，1800年光的偏振现象的发现，更证明了光是横波的事实。1845年，法拉第发现光的振动面在强磁场中的旋转，从而揭示了光现象和电磁现象的内在联系，同时使人们认识到在研究光学现象的时候必须把光学现象同其他物理现象联系起来考虑。后来麦克斯韦在1865 年的理论研究中指出：光是一种电磁波。这一结论后来被赫兹用试验所证实。19 世纪末到20 世纪初，光的研究深入到光的发生，光和物质的相互作用的微观体系中，然而光的电磁理论却不能解释光和物质的相互作用的某些现象，例如黑体辐射中能量按波长的分布的问题;赫兹发现的光电效应等。
科学的历史不仅仅是一连 串事实、规则和随之而来的数 学描述，它也是一部概念的历 史。当我们进入一个新的领域 时，常常需要新的概念。 ——普朗克第十七章波粒二象性 DESIGNER:范鸿飞 TEL:010-********-1 EMAIL:fanhongfei2002@https://www.doczj.com/doc/381861296.html,
物理学大厦业已建成？ 物理学发展到19世纪末期，可以说是达到相当完美、相当成熟的程度。以经典力学、经典电磁场理论和经典统计力学为三大支柱的经典物理大厦已经建成，而且基础牢固，宏伟壮观！一切物理现象似乎都能够从相应的理论中得到满意的回答。 在这种形势下，物理学家会感到陶醉，会感到物理学已大功告成，因而断言往后难有作为了。这种思想当 时在物理界不但普遍存在，而且由来已久。经典物理学大厦日臻完美
天边的两朵乌云…… 19世纪的最后一天，欧洲著 名的科学家欢聚一堂。会上，英 国著名物理学家W·汤姆生（即 开尔文男爵）发表了新年祝词。 他在回顾物理学所取得的伟大成 就时说，物理大厦已经落成，所 剩只是一些修饰工作。同时，他 在展望20世纪物理学前景时，却 若有所思地讲道：“动力理论肯 定了热和光是运动的两种方式， 现在，它的美丽而晴朗的天空却 晴朗天空中的两朵乌云被两朵乌云笼罩了……”
1.物理学的新纪元：能量量子化
物体的热辐射 一切物体都在不断地向外辐射电磁波。这种电磁辐射是由于物体内分子在不停地做热运动而产生的。 在室温条件下：辐射波长较长的电磁波（红外线）； 在高温条件下：辐射波长较短的电磁波成分较多。 在温度升高过程中，物体颜色发生变化。 *固体在温度升高时颜色的变化 800K1000K1200K 1400K 注：“K”是开氏温标（T）的单位。与摄氏温标（t）的换算方法是：T=t+273
高中精品试题 高中精品试题 光电效应与光的波粒二象性 说明：本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ 卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟. 第Ⅰ卷（选择题共40分） 一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，有的小题只有 一个选项正确，有的小题有多个选项正确.全部选对的得4分，选不全的得2分，有选错或不 答的得0分. 1.下列关于光电效应的说法正确的是 （ ） A.若某材料的逸出功是W ，则它的极限频率h W v 0 B.光电子的初速度和照射光的频率成正比 C.光电子的最大初动能和照射光的频率成正比 D.光电子的最大初动能随照射光频率的增大而增大 解析：由光电效应方程k E =hv -W 知，B 、C 错误，D 正确.若k E =0，得极限频率0v =h W ,故A 正确. 答案AD 2.在下列各组所说的两个现象中，都表现出光具有粒子性的是 （ ） A.光的折射现象、偏振现象 B.光的反射现象、干涉现象 C.光的衍射现象、色散现象 D.光电效应现象、康普顿效应 解析：本题考查光的性质. 干涉、衍射、偏振都是光的波动性的表现，只有光电效应现象和康普顿效应都是光的粒 子性的表现，D 正确. 答案D 3.关于光的波粒二象性的理解正确的是 （ ） A.大量光子的效果往往表现出波动性，个别光子的行为往往表现出粒子性 B.光在传播时是波，而与物质相互作用时就转变成粒子 C.高频光是粒子，低频光是波 D.波粒二象性是光的根本属性，有时它的波动性显著，有时它的粒子性显著 解析：根据光的波粒二象性知，A 、D 正确，B 、C 错误. 答案AD 4.当具有 5.0 eV 能量的光子照射到某金属表面后，从金属表面逸出的电子具有最大的初 动能是1.5 eV.为了使这种金属产生光电效应，入射光的最低能量为 （ ） A.1.5 eV B.3.5 eV
实物粒子波粒二象性的介绍 今年十月份，在西安召开的物理创新大会上，有幸结识了熊承坤先生。熊老先生给我看了一张照片，照片上是气泡在水中上升的轨迹，是一个非常漂亮的波浪线。这充分说明了实物粒子具有波动性。 回来后我购置了实验器材，亲自做了这方面的实验，发现实验效果非常直观、明显。 下面我简要把气泡的运动特点介绍一下： 1）气泡从针孔中刚冒出时，要经历一小段直线加速过程，当速度达到一定值时开始做规则的波动。这时速度趋于恒定。 2）气泡越大，波长越短；气泡越小，波长越长。当气泡过于小时，它在水中上升的速度一直很小，形成不了波动，在水中直线上升。 3）气泡形成波动时，虽然波长不同，但对应的速度几乎相等。 4）一个气泡的波动轨迹并不在同一平面内，是螺旋上升的；俯视，其为椭圆。 这是实物粒子具有波粒二象性最直观、明显的例子。
为什么在空气中运动的子弹、小球等不会有明显的波动性呢？ 为什么在水中运动的气泡会有的波动性呢？ 这恰恰说明实物粒子之所以具有波动性，是当它们运动时，受其周围介 质作用的结果。 在空气中运动的子弹、小球等之所以不会有明显的波动性，是因为空气 的密度较小，而子弹、小球的质量较大，空气对子弹、小球的作用很难体现。 在水中运动的气泡之所以有明显的波动性，是因为水的密度较大，而气泡的质量较小，水对运动的气泡的作用使气泡产生了明显的波动。 为什么在真空中高速运动的电子、中子等会具有的波动性呢？ 这恰恰说明真空不是空的，真空中有某种物质存在。这种物质对运动的电子、中子作用使它们产生波动。 在此，我们应把波动分类： 1）像我们常见的在绳子上传播的绳波，在水中传播的水波等，这些波传播的是振动，媒质并没随波动传播。例如，绳子也好、水也好它们本身并没有随波动传播出去。 2）另一类就完全不同，像水中运动的气泡，像高速运动的电子、中子等，它们是实实在在的粒子在运动，由于与介质的作用，使它们的运动呈现出波动性。 了解了波动的不同分类，我们就容易认清光的本质了。 从光电效应、康普顿效应等可以看出，光具有明显的粒子性，所以说光子是实实在在的粒子。 光子在影子物质空间中高速运动，使其具有了波动。 光子质量越大，所对应的波长越短，频率越大。 在此我强调一下，光子是有质量的，光子质量为： 2c h m γ=
3光的波粒二象性 4实物粒子的波粒二象性 (时间：60分钟) 知识点一康普顿效应 1．白天的天空各处都是亮的，是大气分子对太阳光散射的结果．美国物理学家康普顿由于在这方面的研究而荣获了1927年的诺贝尔物理学奖，假设一个运动的光子和一个静止的自由电子碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比 ()． A. 频率变大B．速度变小 C．光子能量变大 D. 波长变长 解析光子与自由电子碰撞时，遵守动量守恒和能量守恒，自由电子碰撞前 静止，碰撞后动量、能量增加，所以光子的动量、能量减小，由λ＝h p，ε＝hν 可知光子频率变小，波长变长，故D正确，由于光子速度是不变的，故B错误． 答案 D 2．科学研究证明，光子有能量也有动量，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子．假设光子与电子碰撞前的波长为λ，碰撞后的波长为λ′，
则碰撞过程中 ()．A．能量守恒，动量守恒，且λ＝λ′ B．能量不守恒，动量不守恒，且λ＝λ′ C．能量守恒，动量守恒，且λ<λ′ D．能量守恒，动量守恒，且λ>λ′ 解析能量守恒和动量守恒是自然界的普遍规律，适用于宏观世界也适用于微观世界．光子与电子碰撞时遵循这两个守恒定律．光子与电子碰撞前光子 的能量E＝hν＝h c λ，当光子与电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子， 光子的能量E′＝hν′＝h c λ′，由E>E′，可知λ<λ′，选项C正确． 答案 C 3．频率为ν的光子，具有的动量为hν c，将这个光子打在处于静止状态的电子上， 光子将偏离原来的运动方向，这种现象称为光的散射．散射后的光子 ()．A．虽改变原来的运动方向，但频率保持不变 B．光子将从电子处获得能量，因而频率将增大 C．散射后光子的能量减小，因而光子的速度减小 D．由于电子受到碰撞，散射后的光子频率低于入射光的频率 解析由动量公式p＝h λ，在康普顿效应中，当入射光子与电子碰撞时，要把 一部分动量转移给电子，因而光子动量变小，波长变长，频率变小．而光的传播速度不变． 答案 D 知识点二光的波粒二象性 4．物理学家做了一个有趣的实验：如图4-3、4-2所示，在双缝干涉实验中，在光屏处放上照相底片，若减弱光的强度，使光子只能一个一个地通过狭缝，实验结果表明，如果曝光时间不太长，底片上只出现一些不规则的点；如果
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
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． 【教材内容全解】 光电效应以及以后发现的康普顿效应都证明了光是一种粒子，但光的干涉现象和光的衍射现象又表明光是一种波．我们可以看出，光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性． 光是一种粒子，它和物质作用是“一份一份”的，但我们无法用宏观世界的规律来描述这些粒子的运动规律，当光子数很少时，可以清楚地看到光子的痕迹，但光子的数量很多时，我们就无法把它们区分开，看起来就是连续的，正如沙堆是一颗颗沙粒组成的，但是建筑工地上的一堆沙子包含的沙子太多了，测量沙堆的体积可以认为它们是连续的．从波动性来看，单个光子的运动无法预测，但大量的光子就有了规律，它们出现在某个区域内的可能性就能看出来，这是微观世界具有的特殊规律．这样的现象表明，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，光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可以用波动的规律来描述，物理学中把光波叫做概率波． 光既然是一种概率波，但它和水波、绳子上的波等机械波在本质上完全不同，决定光子在空间不同位置出现概率的规律表现为波的规律．课本图21-3的实验中，光子在和感光胶片作用时的表现和通常的粒子一样，在通过狭缝时却和我们印象中的波一样，正如光子的能量E=hv 和动量λ h c hv p ==，等式的左边表示粒子性，等式右边表示波动的性质，这两种性质通过普朗克常量h 定量地联系起来，这是光的波粒二象性的体现，但不能把它简单地理解为光子以波浪式前进．从波的特性可以看出，光子波长越长，越容易看到光的干涉和衍射现象，波动性越明显；光波的频率越高，粒子性越明显，穿透本领越强． 【难题巧解点拨】 例 关于光的本性，下列说法中正确的是 ( ) A ．光子说并没有否定光的电磁说 B ．光电效应现象反映了光的粒子性 C ．光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说得出来的 D ．大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性 解析 光既有粒子性，又有波动性，但这两种特性并不是牛顿所支持的微粒说和惠更斯提出的波动说，它体现出的规律不在是宏观粒子和机械波所表现出的规律，而是自身体现的一种微观世界特有的规律．光子说和电磁说各自能解释光特有的现象，两者构成一个统一的整体，而微粒说和波动说是互相对立的． 答案 A 、B 点拨 本章主要是对微观世界的规律进行了讲解，要对微观世界了解，就不能再以宏观世界的规律进行理解．我们的经验局限于宏观物体的运动，微观世界的某些属性与宏观世界
高中物理-波粒二象性测试题 一、选择题 1、入射光照射到金属表面上发生了光电效应,若入射光的强度减弱,但频率保持不变,那么以下说法正确的是（） A．从光照射到金属表面到发射出光电子之间的时间间隔明显增加 B．逸出的光电子的最大初动能减小 C．单位时间内从金属表面逸出的光电子的数目减少 D．有可能不再产生光电效应 2、爱因斯坦由光电效应的实验规律,猜测光具有粒子性,从而提出光子说。从科学研究的方法来说这属于（） A．等效代替B．控制变量 C．科学假说D．数学归纳 3、如图1所示,画出了四种温度下黑体辐射的强度与波长的关系图象,从图象可以看出,随着温度的升高,则（） A．各种波长的辐射强度都有增加 B．只有波长短的辐射强度增加 C．辐射强度的极大值向波长较短的方向移动 D．辐射电磁波的波长先增大后减小 4、对光的认识,以下说法正确的是（） 图1 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,不具有粒子性；光表现出粒子性时,不具有波动性D．光的波粒二象性应理解为：在某些场合下光的波动性表现明显,在另外一些场合下,光的粒子性表现明显 5、光子打在处于静止状态的电子上,光子将偏离原来的方向而发生散射,康普顿对散射的解释为（） A．虽然改变原来的运动方向,但频率保持不变 B．光子从电子处获得能量,因而频率增大 C．入射光引起物质内电子做受迫振动,而从入射光中吸收能量后再释放,释
放出的散射光频率不变 D ．由于电子受碰撞后得到动量,散射后的光子频率低于入射光的频率 6、一束绿光照射某金属发生了光电效应,则下列说法正确的是（ ） A ．若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子数增加 B ．若增加绿光的照射强度,则逸出的光电子最大初动能增加 C ．若改用紫光照射,则可能不会发生光电效应 D ．若改用紫光照射,则逸出的光电子的最大初动能增加 7、用波长为λ1和λ2的单色光1和2分别照射金属1和2的表面。色光1照射 金属1和2的表面时都有光电子射出,色光2照射金属1时有光电子射出,照射金属2时没有光电子射出。设金属1和2的逸出功为W 1和W 2,则有（ ） A ．λ1>λ2,W 1>W 2 B ．λ1>λ2,W 1 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。 高考物理近代物理知识点之波粒二象性图文答案(4) 一、选择题 1．下图为氢原子的能级图．现有两束光，a 光由图中跃迁①发出的光子组成，b 光由图中跃迁②发出的光子组成，已知a 光照射x 金属时刚好能发生光电效应，则下列说法正确的是 A ．x 金属的逸出功为2.86 eV B ．a 光的频率大于b 光的频率 C ．氢原子发生跃迁①后，原子的能量将减小3.4 eV D ．用b 光照射x 金属，打出的光电子的最大初动能为10.2 eV 2．三束单色光1、2和3的频率分别为1v 、2v 和3123()v v v v >>。分别用这三束光照射同一种金属，已知用光束2照射时，恰能产生光电效应。下列说法正确的是( ) A ．用光束1照射时，一定不能产生光电效应 B ．用光束3照射时，一定能产生光电效应 C ．用光束3照射时，只要光强足够强，照射时间足够长，照样能产生光电效应 D ．用光束1照射时，无论光强怎样，产生的光电子的最大初动能都相同 3．下列说法中正确的是 A ．阳光下肥皂泡上的彩色条纹和雨后彩虹的形成原理是相同的 B ．只有大量光子才具有波动性，少量光子只具有粒子性 C ．电子的衍射现象说明其具有波动性，这种波不同于机械波，它属于概率波 D ．电子显微镜比光学显微镜的分辨率更高，是因为电子穿过样品时发生了更明显的衍射 4．如图是 a 、b 两光分别经过同一双缝干涉装置后在屏上形成的干涉图样，则 A ．从同种介质射入真空发生全反射是 b 光临界角大 B．在同种均匀介质中，a 光的传播速度比 b 光的大 C．照射在同一金属板上发生光电效应时，a 光的饱和电流大 D．若两光均由氢原子能级跃迁发生，产生 a 光的能级能量差小 5．如图所示，当氢原子从n=4能级跃迁到n=2的能级和从n=3能级跃迁到n=1的能级时，分别辐射出光子a和光子b，则 A．由于辐射出光子，原子的能量增加 B．光子a的能量小于光子b的能量 C．光子a的波长小于光子b的波长 D．若光子a能使某金属发生光电效应，则光子b不一定能使该金属发生光电效应 6．用如图甲所示的装置研究光电效应现象.用频率为ν的光照射光电管时发生了光电效应.图乙是该光电管发生光电效应时光电子的最大初动能E k与入射光频率ν的关系图象，图线与横轴的交点坐标为(a,0)，与纵轴的交点坐标为(0，－b)，下列说法中正确的是() A．普朗克常量为h＝b a B．仅增加照射光的强度，光电子的最大初动能将增大 C．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数保持不变D．保持照射光强度不变，仅提高照射光频率，电流表G的示数增大7．关于光电效应，下列说法正确的是 A．光电子的最大初动能与入射光的频率成正比 B．光的频率一定时，入射光越强，饱和电流越大 C．光的频率一定时，入射光越强，遏止电压越大 D．光子能量与光的速度成正比 8．下列说法中正确的是 A．根据爱因斯坦的“光子说”可知，光的波长越大，光子的能量越小 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 高考物理新近代物理知识点之波粒二象性真题汇编附解析 一、选择题 1．现用电子显微镜观测线度为d的某生物大分子的结构。为满足测量要求，将显微镜工作 时电子的德布罗意波长设定为d n ，其中1 n>。已知普朗克常量h、电子质量m和电子电荷 量e，电子的初速度不计，则显微镜工作时电子的加速电压应为( ) A． 22 2 n h med B． 1 223 23 md h n e ?? ? ?? C． 22 2 2 d h men D． 22 2 2 n h med 2．在光电效应实验中，用同一光电管在不同实验条件下得到了甲、乙、丙三条光电流与电压之间的关系曲线．下列判断正确的是（） A．甲光的频率大于乙光的频率 B．乙光的波长小于丙光的波长 C．乙光的强度低于甲光的强度 D．甲光对应的光电子最大初动能大于丙光的光电子最大初动能 3．下列实验中，深入地揭示了光的粒子性一面的有() ①X射线被石墨散射后部分波长增大 ②锌板被紫外线照射时有电子逸出但被可见光照射时没有电子逸出 ③轰击金箔的α粒子中有少数运动方向发生较大偏转 ④氢原子发射的光经三棱镜分光后，呈现线状光谱 A．①②B．①②③C．②③D．②③④ 4．下列说法中正确的是 A．阳光下肥皂泡上的彩色条纹和雨后彩虹的形成原理是相同的 B．只有大量光子才具有波动性，少量光子只具有粒子性 C．电子的衍射现象说明其具有波动性，这种波不同于机械波，它属于概率波 D．电子显微镜比光学显微镜的分辨率更高，是因为电子穿过样品时发生了更明显的衍射5．下列说法中正确的是 A．钍的半衰期为24天，1g针经过120天后还剩0.2g B．发生光电效应时，入射光越强，光电子的最大初动能就越大对波粒二象性的理解
高考物理近代物理知识点之波粒二象性图文答案(4)
对波粒二象性的理解和认识
高考物理新近代物理知识点之波粒二象性真题汇编附解析
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