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=hλ或者p=hk
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（ ）
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,释图1
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
南师附中江宁分校高三物理一轮教案 《波粒二象性》
1 波粒二象性
基础复习
1、黑体与黑体辐射
（1）热辐射：周围的一切物体都在辐射_电磁波，这种辐射与_温度_有关
（2）黑体：能_完全吸收_入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体称为绝对黑体。简称黑体。
（3）黑体辐射的实验规律
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。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。
2、能量子：
（1）定义：普朗克认为，振动着的带电微粒的能量只能是某一最小能量ε（称为能量子）的_整数倍__，即：ε, 1ε, 2, 3ε, ... nε. n为正整数，这个不可再分的最小能量值ε称为能量子。
（2）能量子的表达式：ε=___hν__ （其中普朗克常量h=6.62610-34J·S）
3、光电效应：在光的照射下物体发射__电子___的现象，叫光电效应，发射出来的电子叫___光电子__。
（1）光电效应规律
①存在着_饱和__电流，入射光越_强___，__饱和__电流越大，即单位时间内发射的光电子数目越多。
②存在着__遏止__电压Uc和____截止___频率νc
③光电效应具有__瞬时__性，入射光频率超过截止频率时，无论光怎样弱，产生电流的时间不超过___10-9s_____。
（2）逸出功
电子从金属中逸出所需做功的最小值，不同的金属逸出功不同。
（3）光子说
在空间传播的光不是__连续的____，而是一份一份的，每一份称为___光子____，光子的能量E=___ hν___
（4）光电效应方程：____Ek=_ hν-W0___
光电效应方程表明，光电子的初动能与入射光的频率ν成线性关系，与光强_无关___。只有当hν__>___ W0时，才有光电子逸出。ν0= W0/h就是光电效应的_截止频率__。
第3讲 光电效应 波粒二象性
知识点一 光电效应
1.定义：在光的照射下从物体发射出 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 极限频率.
3.光电效应规律
(1)存在着饱和电流：对于一定颜色的光，入射光越强，单位时间内发射的光电子数越多.
(2)存在着遏止电压和截止频率：光电子的能量只与入射光的频率有关，而与入射光的强弱无关.当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应.
(3)光电效应具有瞬时性：当频率超过截止频率时，无论入射光怎样微弱，几乎在照到金属时立即产生光电流，时间不超过10－9 s.
答案：1.电子 2.大于
知识点二 爱因斯坦光电效应方程
1.光子说：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，光子的能量ε＝ .
2.逸出功W0：电子从金属中逸出所需做功的 .
3.最大初动能：发生光电效应时，金属表面上的 吸收光子后克服原子核的引力逸出时所具有的动能的最大值.
4.光电效应方程 (1)表达式：hν＝Ek＋W0或Ek＝ .
(2)物理意义：金属表面的电子吸收一个光子获得的能量是hν，这些能量有一部分用来克服金属的逸出功W0，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能.
答案：1.hν 2.最小值 3.电子 4.hν－W0
知识点三 光的波粒二象性与物质波
1.光的波粒二象性
(1)光的干涉、衍射、偏振现象证明光具有 性.
(2)光电效应说明光具有 性.
(3)光既具有波动性，又具有粒子性，称为光的 性.
2.物质波
(1)概率波：光的干涉现象是大量光子的运动遵守波动规律的表现，亮条纹是光子到达概率 的地方，暗条纹是光子到达概率 的地方，因此光波又叫概率波.
(2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝ ，p为运动物体的动量，h为普朗克常量.
