第04节光的波粒二象性.ppt

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1、第四节第四节光的波粒二象性光的波粒二象性柯纯17世纪明确形成了两大对立学说牛顿牛顿惠更斯惠更斯微粒说微粒说波动说波动说19世纪初证明了波动说的正确性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：光具有粒子性对光学的研究从很早就开始了 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爱因斯坦康普顿光电效应以及光电效应以及康普顿效应等康普顿效应等无可辩驳的证无可辩驳的证实了光是一种实了光是一种粒子粒子 光到底是波还是粒子呢？当我们用很弱的光做双缝干涉实验时，当我们用很弱的光做双缝干涉实验时，将

2、感光胶片放在屏的位置上，会看到什么样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？的照片呢？为什么会有这种现象？短短长长曝曝光光时时间间结论1 1、这张照片清晰的、这张照片清晰的显示了光的粒子性显示了光的粒子性2 2、光子落在某些条、光子落在某些条形区域内的可能性较形区域内的可能性较大（干涉加强区），大（干涉加强区），说明光子在空间各点说明光子在空间各点出现的可能性的大小出现的可能性的大小可以用波动规律进行可以用波动规律进行解释解释 光波是一种概率波，概率表征某一事物出现光波是一种概率波，概率表征某一事物出现的可能性的可能性伽尔顿板实验伽尔顿板实验表明表明单个小球下落的位

3、置是单个小球下落的位置是不确定的不确定的,但是它落在中但是它落在中间狭槽的可能性要大一间狭槽的可能性要大一些，即小球落在中间的些，即小球落在中间的概率较大概率较大猜测光既是一种波，又是一种粒子，因光既是一种波，又是一种粒子，因此有的科学家猜测，在一束光中，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光子之间的相互作用使光表现出了波的性质，波的性质，现在请大家猜测一下是否是这一原现在请大家猜测一下是否是这一原因？因？如何设计一个实验证明你的观点？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分析 当光源和感光胶片之间不可能同时有两个和多当光源和

4、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、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相互作用引起的波动性是光子本身的一种属性波动性是光子本身的一种属性气体分子热运动时气体分子热运动时电流电流光的波动性光的波动性光的粒子性光的粒子性我们在思考物理概念或物理规律时，往往在头脑中产生一个模型我们在思考物理概念或物理规律时，往往在头脑中产生一个模型 光既表现出波动性，又表现出粒子性，由光既表现出波动性，又表现出粒子性，由于微观世界的某些属性与宏观世界不同，而

5、我们于微观世界的某些属性与宏观世界不同，而我们的经验仅局限于宏观物体的运动在生活中找不的经验仅局限于宏观物体的运动在生活中找不到一个既具有粒子性、又具有波动性的物理模型到一个既具有粒子性、又具有波动性的物理模型帮助我们研究光子的规律帮助我们研究光子的规律随着人类认识的范围不断扩大，不可能直接随着人类认识的范围不断扩大，不可能直接感知的事物出现在我们的眼前，需要我们建立新感知的事物出现在我们的眼前，需要我们建立新的模型，提出新的理论来进行研究，对于一种模的模型，提出新的理论来进行研究，对于一种模型，只要能与实验结果一致，它就能在一定范围型，只要能与实验结果一致，它就能在一定范围内表示所研究对象的

6、规律内表示所研究对象的规律光的波粒二象性 惠更斯惠更斯波动说波动说牛顿的微粒说麦克斯韦光麦克斯韦光的电磁说的电磁说爱恩斯坦光子说光本性认识 1 1光子既不是经典的波（光子既不是经典的波（惠更斯波惠更斯波），），也不是经典的粒子（也不是经典的粒子（牛顿弹性球牛顿弹性球）。光是）。光是客观世界物质形式之一。客观世界物质形式之一。2 2光的波粒二象性最好地反映了自然科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。界的认识大步向前。（）、光波有一定的频率和

7、波长，光（）、光波有一定的频率和波长，光子有一定的能量和动量，是个矛盾对立的子有一定的能量和动量，是个矛盾对立的统一体，彼此含有对方的成份，共存于光统一体，彼此含有对方的成份，共存于光的统一体中。的统一体中。，。光的波粒二象性光的波粒二象性光在光在传播过程中传播过程中波动性显著，光在与波动性显著，光在与物质作物质作用时用时粒子性表现显著。粒子性表现显著。大量光子大量光子产生的效果显示出波动性，产生的效果显示出波动性，个别光个别光子子产生的效果则显示出粒子性。产生的效果则显示出粒子性。频率越低频率越低的光，波动性越的光，波动性越A A显著，显著，频率越高频率越高的光，粒子性越显著。的光，粒子性越

8、显著。（）只有一个差异：在一定条件下波动）只有一个差异：在一定条件下波动性显著，在另一条件下粒子性显著，即我性显著，在另一条件下粒子性显著，即我们观察到这对矛盾的主要方面。们观察到这对矛盾的主要方面。课堂小结课堂小结光光的的波波粒粒二二象象性性双缝干涉实验双缝干涉实验曝光量很少曝光量很少胶片上是一些不规则的分布的点子胶片上是一些不规则的分布的点子粒子性粒子性曝光很大曝光很大胶片上出现明暗相间的条纹胶片上出现明暗相间的条纹波动性波动性光波是概率波光波是概率波明条纹是光子到达概率大明条纹是光子到达概率大处处，暗条纹是光子到达概率，暗条纹是光子到达概率小处，是符合波动规律小处，是符合波动规律康普顿效应康普顿效应光电效应光电效应光的干涉和衍射现象光的干涉和衍射现象说明光具有粒子性说明光具有粒子性说明具有波动性说明具有波动性光具有波粒光具有波粒二象性二象性光的波粒光的波粒二象性二象性 少数光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现少数光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性为波动性在传播过程中波动性显著，在物质作用是粒子性显著在传播过程中波动性显著，在物质作用是粒子性显著波长越长，波动性显著，波长越短，粒子性显著。波长越长，波动性显著，波长越短，粒子性显著。