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光的波粒二象性 (26张ppt)

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《光的波粒二象性》课件

《光的波粒二象性》课件

03
偏振应用
液晶显示、光学通信等。
03
光的粒子性
光子说
总结词
光子说是对光的粒子性的描述，它认为光是由粒子或光子组成。
详细描述
光子说是由爱因斯坦提出的，他认为光是由粒子或光子组成，这些光子以波动 的形式传播，并具有能量和动量。这一理论解释了光的反射、折射和干涉等现 象。
光电效应
总结词
光电效应是指光照射在物质表面时，物质吸收光能并释放出电子的现象。
光的波粒二象性
光的波粒二象性定义
光子能量与频率的关系
光既具有粒子性又具有波动性，即光 是一种波粒二象性的物理量。
光子的能量与其频率成正比，频率越 高，能量越大。这一关系是爱因斯坦 在解释光电效应时提出的。
双缝干涉实验
通过双缝干涉实验可以证明光具有波 动性，当光通过两个小缝隙时，会在 屏幕上形成明暗相间的干涉条纹。
详细描述
双缝干涉实验中，单色光通过两个相距较近的小缝隙后，会在屏幕上形成明暗相间的干涉条纹，这是 波动性光特有的现象。
单缝衍射实验
总结词
进一步证明光具有波动性。
详细描述
单缝衍射实验中，单色光通过狭 窄缝隙后，会在屏幕上形成衍射 图样，表现为明暗相间的条纹， 这是波动性光特有的现象。
光电效应实验
总结词
光学望远镜在天文观测、宇宙探索等 领域发挥着重要作用，为人类认识宇 宙提供了重要信息。
全息摄影技术
全息摄影技术利用光的干涉和衍射现象，能够记录物体的三维信息并实现立体再 现。
全息摄影技术在展示、广告、教育等领域有广泛应用，为人们提供了更加真实和 生动的视觉体验。
05
实验验证
双缝干涉实验
总结词
直接证明光具有波动性。

光的波粒二象性ppt课件

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A.1.9 eV C.2.5 eV B.0.6 eV D.3.1 eV
8
解析：电流表读数刚好为零说明刚好没有 光电子能够到达阳极，也就是光电子的最 大初动能刚好为0.6 eV. 由Ek=hν－W0可知W0=1.9 eV.选A. 答案：A.
9
【例2】下列关于光具有波粒二象性的叙 述中正确的是（ ） A.光的波动性与机械波，光的粒子性与 质点都是等同的 B.大量光子的效果往往显示出波动性， 个别光子产生的效果往往显示出粒子性 C.光有波动性又有粒子性，是互相矛盾 解析：光的波动性与机械波，光的 的，是不能统一的 粒子性与质点有本质的区别， A选 D.光的频率越高，波动性越显著
2
2.逸出功 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，用W0表示. 3.爱因斯坦的光电效应方程 （1）光子：光本身就是由一个个不可分割 的能量子组成的，频率为ν的光的能量子 为hν，h为普朗克常量，这些能量子被称 为光子. （2）光电效应方程： Ek= hν－W0.其中Ek W 为光电子的 h 最大初动能， .W0表示金属的 逸出功.
6
解析：爱因斯坦光电效应方程Ek=hν－ W0中的W0表示从金属表面直接逸出的光 电子克服金属中正电荷引力做的功，因 此是所有逸出的光电子中克服引力做功 的最小值.对应的光电子的初动能是所有 光电子中最大的.其它光电子的初动能都 小于这个值.若入射光的频率恰好是极限 频率，即刚好能有光电子逸出，可理解 为逸出的光电子的初动能是0，因此有
h 1 mv 、λ= 2 p
2
、p=mv 可得 λ=
2em U ， h
可知波长与
m 成正比.故电子的波长短，波动性弱，电子显微镜的分辨
本领强，选 A. 答案：A.
D.两种显微镜分辨本领不便比较

光的波粒二象性ppt课件

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钢针的衍射
圆孔衍射
编辑版pppt
圆屏衍射
25
疑难辨析1：单缝衍射图样与双缝干涉图样的区别
（1）条纹宽度有别：
双缝干涉条纹是等宽的，条纹间的距离是相等 的，而单缝衍射中央亮纹最宽，两侧亮纹是等宽的。
（2）光强分布不同
双缝干涉条纹如果不考虑距离的远近造成传播
上的损失，每条亮纹的光强分布是相同的，而单缝
编辑版pppt
水波、声波都会发 生衍射现象，它们 发生衍射的现象特 征是什么？
16
知识回顾：波的衍射
①波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做 波的衍射。
②只有缝、孔的宽度或障碍物的尺寸跟波长相 差不多，或者比波长更小时，才能观察到明 显的衍射现象。
③一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象。
编辑版pppt
光的波粒二象性
编辑版pppt
1
光到底是什么？……………
17世纪明确形成 了两大对立学说
由于波动说没有 数学基础以及牛 顿的威望使得微 粒说一直占上风
牛顿
19世纪初证明了 波动说的正确性
惠更斯
微粒说
19世纪末光电效应现象使得 爱因斯坦在20世纪初提出了 光子说：光具有粒子性
波动说
这里的光子完编全辑不版p同ppt 于牛顿所说的“微粒” 2
编辑版pppt
8
光的干涉
1801年，英国物理学家托马斯·杨（1773~1829）
在实验室里成功的观察到了光的干涉．
一、光的干涉现象---杨氏干涉实验
1、装置特点：
（1）双缝很近 0.1mm，
单缝 双缝
屏幕
（2）双缝S1、S2与单缝S的距离相等，
2、①要用单色光
②单孔的作用：是获得点光源 ③双孔的作用：相当于两个振

波粒二象性-PPT课件

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公式：
2 2
M c2 kT
瑞利--金斯公式高频段不行--“紫外灾难”！
普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck,
1858―1947) 德国物理学家，量子物理学的开创
者和奠基人。 普朗克的伟大成就，就是创立了量
子理论，1900年12月14日他在德国物理 学会上，宣读了《关于正常光谱中能量分布定律的理 论》的论文，提出了能量量子化假设，并导出了黑体 辐射的能量分布公式。
26.2 光电效应
I
IS
3
GA
K
2
1
U
Ue 0
U
1). 饱和光电流强度与入射光强度成正比。
说明：每秒内从阴极Байду номын сангаас出的光电子的数目与入射 光的强度成正比。
I IS
Ue 0
3 2 1
U
1 2
mvm2

eUe
2).当电流减小到 0 甚至为负值时，光电流 并不为 0 ，只有当反向电压等于 Ue 时，光电流 才为 0 。Ue 称为截至电压。
光子的概念赋予了电磁场更具体的物质特性-电磁场由大量光子组成。电磁场对处于其中的带电 粒子的作用实际上是光子撞击带电粒子的宏观表现。 粗略地说，空间某处比较强的电场意味着比较大的 光子数密度。
至今人们关于光本质的认识被概括为光具有波 粒二象性，即：在一些物理过程中，光显示出干涉 和衍射等典型的波动特征；在其他物理过程中，光 表现为具有确定动量和能量的粒子特征。
E = nε , n =1, 2, 3, ....
ε 叫能量子，n 为量子数，它只取正整数--能量量 子化。
对于频率为ν 的谐振子，最小能量为：
ε= hν h = 6.626075×10-34 J·s

《光的波粒二象性》课件

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光的衍射：指光波在传播过程中遇 到障碍物时，光波发生弯曲绕过障 碍物的现象，形成衍射条纹。
联系：干涉和衍射都是光波的波动 性的表现，两者在某些情况下是难 以区分的。
光的偏振
偏振光的概念
光的偏振：光在传播 过程中，其电矢量在 垂直于传播方向的平 面内做有规律的振动
光的波粒二象性
汇报人：
目录
添加目录标题
01
光的干涉与衍射
04
光的本质
光的偏振
02
05
光的波粒二象性
光的量子性
03
06
添加章节标题
光的本质
光的定义
光是一种电磁 波，具有波粒
二象性
光的波长范围 很广，从无线 电波到伽马射
线
光的传播速度 是每秒约30万
公里
光的能量与频 率成正比，与
波长成反比
光的传播方式
量子计算：利用光的波粒二象性进 行量子计算
光的干涉与衍射
光的干涉现象
光的干涉：当两束光相遇时，会发生干涉现象，形成明暗相间的条纹
干涉条纹：干涉条纹的间距、亮度和形状与光的波长、频率和相位有关
干涉原理：光的干涉是由于光的波动性引起的，当两束光相遇时，它们的波峰和波谷相互叠加，形 成干涉条纹
量子光学的研究意义和价值
量子光学是研究光的量子性质及其应用的学科，具有重要的科学意义。 量子光学的研究成果可以应用于量子通信、量子计算等领域，具有重要的应用价值。 量子光学的研究可以推动量子技术的发展，为未来的科技进步提供新的动力。 量子光学的研究可以加深我们对光的本质和宇宙的认识，具有重要的哲学意义。
感谢您的观看
汇报人：Biblioteka 偏振光与干涉、衍射的关系干涉：两束偏振光相遇时，振 动方向相同的部分叠加，振动 方向相反的部分抵消

人教版高中物理选修3-5课件：本章整合17 波粒二象性(共31张PPT)

人教版高中物理选修3-5课件：本章整合17 波粒二象性(共31张PPT)

理解光的波粒二象性应注意以下几个方面： 1．大量光子产生的效果容易显示出波动性，比如干涉、衍 射现象中，如果用强光照射，在光屏上立刻出现了干涉、衍射 条纹，波动性体现了出来；个别光子产生的效果容易显示出粒 子性，如果用微弱的光照射，在屏上就只能观察到一些分布毫 无规律的光点，粒子性充分体现；但是如果微弱的光在照射时 间加长的情况下，在感光底片上的光点分布又会出现一定的规 律性，倾向于干涉、衍射的分布规律．这些实验为人们认识光 的波粒二象性提供了良好的依据．
5．由Ek－ν图象可以得到的物理量 (1)极限频率：图线与ν轴交点的横坐标νc. (2)逸出功：图线与Ek轴交点的纵坐标的值W0＝E. (3)普朗克常量：图线的斜率k＝h.
用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到 光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图．则这两种光 ( )
A．照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大 B．从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大 C．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大 D．通过同一玻璃三棱镜时，a光的偏折程度大
【答案】
BC
研究光电效应规律的实验装置如图所示，光电管的阴极材 料为金属钾，其逸出功为W0＝2.25 eV，现用光子能量为10.75
eV的紫外线照射光电管，调节变阻器滑片位置，使光电流刚好 为零．求：
(1)电压表的示数是多少？ (2)若照射光的强度不变，紫外线的频率增大一倍，阴极K 每秒内逸出的光电子数如何变化？到达阳极的光电子动能为多 大？ (3)若将电源的正负极对调，到达阳极的光电子动能为多 大？
4.入射光强度指的是单位时间内入射到金属表面垂直光传 播方向上单位面积上的光子的总能量，在入射光频率ν不变时， 光强正比于单位时间内照到金属表面单位面积上的光子数，但 若入射光频率不同，即使光强相同，单位时间内照到金属表面 单位面积上的光子数也不相同，因而从金属表面逸出的光电子 数也不相同(形成的光电流也不相同)．

光的波粒二象性物质波

光的波粒二象性物质波
，电子束被散射。其强
度分布可用德布罗意关系 镍单晶
和衍射理论给以解释，从
而验证了物质波的存在。
完整版课件ppt
13
三.物质波的实验验证 I
实验结果：
U
电流出现了周期性变化 Ni单晶 a d
a=0.215nm d=0.0908nm
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14
三.物质波的实验验证
实验装置：B
m0v 2eU0 m2em 0 U
U
可获得电子在不同电压下的波长
U1V 0, 0.3n 9m
U10V,00.12n3m与x射线的波长相当
U10V0,00.03n9m
1.226 nm
Ek
E k 的单位为eV
完整版课件ppt
11
三.物质波的实验验证
由于德布罗意博士论文独创性，得到了答辩 委员会的高度评价，但是人们总觉得他的想法过 于玄妙，无法接受。于是，有人质问：有什么可 以验证这一新的观念？
完整版课件ppt
2
光学发展史
惠更斯
麦克斯韦
波
波动说
电磁说
动
性
1690 1672
牛顿 微粒说
1864 1905
爱因斯坦 光子说
T/年 粒 子 性
光的性质
实验事实
描述的物理量
波动性 粒子性
光的干涉 光的衍射
ν、λ
h
h 光电效应
康普顿效应 完整版课件ppt
p 3
光学发展史
托马斯·杨 菲涅耳 双缝干涉 衍射实验
h h P mv
完整版课件ppt
9
vc 二.粒子的波粒二象性 在
时
m0c2
h
h h
P m0v

光的波粒二象性(PPT课件)

光的波粒二象性(PPT课件)
1 光波、光线与光子
§1.5 光的波粒二象性
1 光波、光线与光子
1.5 光的波粒二象性
主要内容
1. 光波与光子的对立统一 2. 德布罗意方程 3. 对光的本性的再认识
1 光波、光线与光子 1.5.1 光波与光子的对立统一
1.5 光的波粒二象性
对光的本性的认识： 光波与光子之个性：
波动说——光是一种波长极短的电磁波动 粒子说——光是一种作高速运动的光子流
作为波动，光具有频率v 和波长
作为粒子，光又具有能量E和动量p
光波与光子的共性： 具有速度v和能量E
波动性与粒子性的联系：
(1.5-1)
(1.5-2)
波动性与粒子性之间联系的纽带：普朗克常数h
1 光波、光线与光子
1.5 光的波粒二象性
1.5.1 光波与光子的对立统一
说明：
按照相对论质能关系，如果认为光也具有质量（设为mp）的话，那么 可以将光子在真空中的能量和动量分别表示为
1.5 光的波粒二象性
1.5.2 德布罗意方程
说明
① 电子衍射现象从实验上证实了德布罗意关于实物粒子具有波动性的假 设。以此为原理发明的电子显微镜使得人类对微观世界的观察分辨 能力提高了几个数量级。
② 物质波概念的提出，最终导致量子力学的诞生。按照量子力学观点， 任何物质粒子都同时具有波粒二象性。只是在宏观领域，实物粒子 的波动特性很难被观察到。只有在微观领域，粒子的波动特性才会 明显地显露出来。
1 光波、光线与光子
1.5 光的波粒二象性
本节重点
1. 光波与光子的区别与联系 2. 光子与光波的两种角色
德布罗意方程：
(1.5-8)
德布罗意波长：实物粒子的波长o。 物质波的验证——戴维森和革末的电子衍射实验（1927年）：

【优】光的波粒二象性 物质波最全PPT资料

【优】光的波粒二象性 物质波最全PPT资料
E.白光通过单狭缝后在屏上出现彩色条 (1)麦克斯韦:19世纪60年代预言电磁波的存在,提出光是一种电磁现象,用电磁“以太”代替机械“以太”.
(1)麦克斯韦:19世纪60年代预言电磁波的存在,提出光是一种电磁现象,用电磁“以太”代替机械“以太”.
纹
练习3
一束复色可见光射到置于空气中的平板 玻璃上，穿过玻璃后从下表面射出，变 为a、b a光的折射率较大 B.a光在玻璃中传播的速度较大 C.b光每个光子的能量较大 D.b光的波长较长
光的波粒二象性 物质波
1.光的本性学说发展简史. 2.光的波粒二象性. 3.光波是概率波. 4.德布罗意波.
光本性学说发展简介
可以解释:光的直线传播,光的反射, 光的折射等现象. 难以解释:光的独立传播(两束光相遇 后沿原向传播而互不干扰)等.
光本性学说发展简介
可以解释:光的反射,光的折射,光的 独立传播等现象. 难以解释:直线传播,光的偏振,光的 色散.
光本性学说发展简介
4.光的电磁说的建立 (1)麦克斯韦:19世纪60年代预言电磁 波的存在,提出光是一种电磁现象,用 电磁“以太”代替机械“以太”. (2)赫兹:实验证实电磁波的存在,测 出电磁波的速度等于光速.
光本性学说发展简介
1905年, 发表了《关于光的产生和转 化的一个试探性观点》,提出光本身 就是一个个不可分割的能量子组成 的,成功地解释了光电效应现象.因此 获1921年诺贝尔物理学奖.
可以解释:光的反射,光的折射,光的独立传播等现象. 难以解释:直线传播,光的偏振,光的色散. 光子的动量p=mc= h /c
成功解释了干涉、衍射、偏振、直线传 e= 10-11m
波长非常小,粒子性显著,很难观察到波动性. 光子的动量p=mc= h /c
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高中物理· 选修3-5· 教科版
4.3 光的波粒二象性
1.光的散射 光在介质中与物质微粒相互作用,因而传 播方向发生改变,这种现象叫做光的散射.
2 康普顿效应
1923年康普顿在做 X 射线通过物质散射的
实验时，发现散射线中除有与入射线波长相
同的射线外，还有比入射线波长更长的射线， 其波长的改变量与散射角有关，而与入射线 波长和散射物质都无关。
单缝 双缝 屏幕
2、①滤光片的作用：得到单 色光. ②单孔的作用：是获得点 光源. ③双孔的作用：相当于两 个振动情况完全相同的光源， 双孔的作用是获得相干光源.
S1
S
S2 红滤色片
得到相干光源：一分为二的思想
光的干涉
双缝干涉
屏上看到明暗相间的条纹
激 光 束
双 缝
屏
光到底是什么？……………
微粒说：认为光是一种 粒子流，是实物粒子， 有静止质量，没有波动 性。 两者相互排斥，相互矛盾！！！
3. 因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改
变和散射角有关。
四.康普顿散射实验的意义
（1）有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设； （2）首次在实验上证实了“光子具有动量” 的假设； （3）证实了在微观世界的单个碰撞事件中， 动量和能量守恒定律仍然是成立的。 康普顿的成功也不是一帆风顺的，在他早期的几 篇论文中，一直认为散射光频率的改变是由于“混进 来了某种荧光辐射”；在计算中起先只考虑能量守恒， 后来才认识到还要用动量守恒。 康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。
镜面检测
薄膜干涉
增透膜
光的干涉和衍射现象表明光确实是一种波
钢针的衍射
圆孔衍射
圆屏衍射
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．
爱因斯坦
康普顿
光到底是一种波，还是一种粒子 呢？
减弱光源，直到只剩下一个光子
图4-3-3 光的双缝干涉
结论
1、图片呈现杂乱无章的几 个亮点清晰的显示了光的 粒子性． 2、亮点在感光片上形成 模糊的亮纹，形成了干涉 条纹。说明了波动性是
牛顿微粒说 占主导地位
光的本性
学说 微粒说 波动说 电磁说
代表人物 牛顿 惠更斯 麦克斯韦
依据 光的直进反射 干涉、衍射
观点 弹性粒子 光是一种机械波 电磁波
真空、横波、速度
光的本性
光的干涉 光的 光的 电磁说
薄膜干涉 双缝干涉 光的波、 粒二象 性
光的衍射
光 的 本 性
波动说
电磁波谱 光的 微粒说 光的 光量子说 光电效应
一.康普顿散射的实验装置与规律：
X 射线管 光阑
晶体
散射波长
0
j
探 测 器
石墨体 (散射物质)
X 射线谱仪
康普顿正在测晶体 对X 射线的散射 按经典电磁理论： 如果入射X光是 某种波长的电磁波， 散射光的波长是不 会改变的！
j =0O
..... .. ...... . . .. . ... . . . . . .. . . . ... .... ... . ... . . . . . .. . . ... . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .. . . .
0
0.700 0.750
j =45O j =90
散射中出现 ≠0 的现象，称 为康普顿散射。 康普顿散射曲线的特点：
1.除原波长0外出现了移向 长波方向的新的散射波长 。 2.新波长 随散射角的增大 而增大。 波长的偏移为
O
j =135O
波长 λ（A）
o
0
二、经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难
1. 根据经典电磁波理论，当电磁波通过物 质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其 频率等于入射光频率，所以它所发射的散 射光频率应等于入射光频率。 2. 无法解释波长改变和散射角的关系。
三、光子理论对康普顿效应的解释
康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果，具体解释 如下： 1. 若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电子, 散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射光的波。 2. 若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个原 子交换能量,由于光子质量远小于原子质量，根据碰撞理论 ， 碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。
吴有训 （1897-1977）
波长的偏移只与散射角j 有关，而与散射物质 种类及入射的X射线的波长0 无关，
0 c (1 cos j )
c = 0.0241Å=2.4110-3nm（实验值）
称为电子的Compton波长 只有当入射波长0与c可比拟时，康普顿效应才显 著，因此要用X射线才能观察到康普顿散射，用可
牛顿
波动说：认为波是一种 机械波，没有物质性， 在太空中传播要依赖 “以太”这种媒介。
惠更斯
光子说：认为光是一份一份 的光子构成，是一种没有静 止质量的特殊物质，具有波 动性。
两者是统一的，并没有否定对 方！
爱因斯坦
电磁说：认为光是一种电 磁波，是物质的一种特殊 形态，在真空传播不需依 赖媒介
麦克斯韦
见光观察不到康普顿散射。
光的 干涉
1801年，英国物理学家托马斯· 杨在实 验室里成功的观察到了光的干涉．
两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，
在某些区域始终加强，在另一些区域则始终
削弱，形成稳定的强弱分布的现象。
一、光的干涉现象---杨氏干涉实验
1、装置特点：
（1）双缝很近 0.1mm， （2）双缝S1、S2与单缝S的距离相等.
五、吴有训对研究康普顿效应的贡献
1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作. 1925—1926年，吴有训用银的X射线(0 =5.62nm) 为入射线, 以15种轻重不同的元素为散射物质， 在同一散射角( j 1200 )测量
各种波长的散射光强度，作了
大量 X 射线散射实验。 对证实康普顿效应作出了重要 贡献。
希腊字母: ν 读[nju:],音同
光的本性
托马斯· 杨 双缝干涉 实验
菲涅耳 衍射实验
惠更斯 波动说 Biblioteka 690 1672牛顿 微粒说
赫兹 电磁波实验
麦克斯韦 电磁说 1864 1888 ………. 1905 爱因斯坦 光子说
波 动 性 T/年 粒 子 性
1801 1814
赫兹 发现光电效应 波动说 渐成真理
短
曝 光 时 间
每一个光子的属性。
并且每一次光子落在亮条 纹的可能性大，落在暗条 纹处的可能性小。
长
干涉条纹是光子落在感光片上各点的概率 分布的反映。光是一种概率波。 光的波粒二象性： 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. ⑵ν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.
二、光子的能量和动量
分析：E
mc
2
E h
h h h 得： P mc 2 c c c
h m 2 c
h
P h
1.动量和能量是描述粒子的 2.频率和波长则是用来描述波的.