光是波还是粒子

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.3,光是波还是粒子,德布罗意,(de Broglie,1892-1987),1,有记者曾问英国物理学家、诺贝尔获奖者布拉格教授：光是波还是粒子？,布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休息。”,如果你是布拉格教授，将如何机智地回答？,那么光的本性到底是什么？,光的本性,2,光学发展史,1672,牛顿,微粒说,T/,年,惠更斯波动说,1690,麦克斯韦电磁说,1864,1905,爱因斯坦光子说,光的性质,实验事实,描述的物理量,波动性,粒子性,波动性,粒子性,光的干涉,光的衍射,光电效应,康普顿效应,、,3,密立根,光电效应实验,光学发展史,1672,牛顿,微粒说,T/,年,惠更斯波动说,1690,麦克斯韦电磁说,1864,1905,爱因斯坦光子说,波动性,粒子性,1801,托马斯,杨,双缝干涉,实验,1814,菲涅耳,衍射实验,赫兹,电磁波实验,1888,赫兹,发现光电效应,1916,1922,康普顿效应,牛顿微粒说占主导地位,波动说,渐成真理,4,1672,牛顿,微粒说,T/,年,惠更斯波动说,1690,麦克斯韦电磁说,1864,1905,爱因斯坦光子说,波动性,粒子性,1909,爱因斯坦,光的波粒二象性,光既具有粒子性，又具有波动性,。,光学发展史,5,粒子性,波动性,（具有能量）,（具有频率）,（具有动量）,h,h,架起了粒子性与波动性之间的桥梁,一,.,光的波粒二象性,（具有波长）,6,2.,一个电子被,75V,的电压加速后,（电子质量为,9.1110,-31,kg,）,a.,该电子具有多少能量？具有多大的速度？,b.,它的动量多大？,比较,X,射线光子和电子的动量大小,?,从中我们能否用类比思想对电子的属性进行大胆的猜想？,1.,一束波长为,0.2nm,的,X,射线在真空中传播,.,（光在真空中传播速度,c =,3.010,8,m/s),a.,该,X,射线光子具有多少能量,？,b.,计算这束,X,射线光子的动量。,c.,为什么,X,射线呈现极小的粒子性？,例题,光,微观粒子,7,1672,牛顿,微粒说,T/,年,惠更斯波动说,1690,麦克斯韦电磁说,1864,1905,爱因斯坦光子说,波动性,粒子性,1909,爱因斯坦,光的波粒二象性,光既具有,粒子性,，又具有,波动性,。,1924,德布罗意,粒子的波粒二象性,实物粒子既具有,粒子性,，,也具有波动性。,二,.,粒子的波粒二象性,8,德布罗意原来学习历史，后来改学理论物理学。他善于用历史的观点，用类比方法分析问题。,1924,年，他考虑到普朗克量子爱因斯坦光子理论的成功在博士论文,关于量子理论的研究,中大胆地把光的波粒二象性推广实物粒子，如电子，质子等。于是他提出,实物粒子也具有波动性,。这种与实物粒子相联系的波称为,德布罗意波,.,爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义，誉之为“揭开一幅大幕的一角”。,法国物理学家，,1929,年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。,二,.,粒子的波粒二象性,9,一个质量为,m,的实物粒子以速率,v,运动时，即具有以能量,和动量,p,所描述的粒子性，同时也具有以频率,和波长,所描述的波动性。,h,粒子性,波动性,二者通过,h,来联系,二,.,粒子的波粒二象性,德布罗意波,（物质波）的,波长,10,在 时,电子的德布罗意波长,注意：,对实物粒子，,v,是指粒子的速度（群速）故不存在,v=,的关系。,加速电势差为,U,，则,二,.,粒子的波粒二象性,11,可获得电子在不同电压下的波长,的单位为,eV,与,x,射线的波长相当,二,.,粒子的波粒二象性,12,2.,一个电子被,75V,的电压加速后,（电子质量为,9.1110,-31,kg,）,a.,该电子具有多少能量？具有多大速度？,=75ev,b.,它的动量多大？,p=4.6,10,-24,kg,m/s,c.,求其具有的德布罗意波长。,例题,=1.4,10,-10,m=0.14nm,3.,如速度,v,=5.0,10,2,m/s,飞行的子弹，质量为,m,=10,-2,kg,，,对应的德布罗意波长为多少？,实在太小！,X,射线,波段,13,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？,如果你是,德布罗意，将如何验证自己的观点？,三,.,物质波的实验验证,0.1nm,14,X,射线照在晶体上可以产生衍射，电子打在晶体上也能观察电子衍射。,1927,年,C,.,J,.,戴维森与,G,.,P,.,革末作电子衍射实验，验证电子具有波动性。,1,.,电子衍射实验,1,戴维逊和革末的实验是用电子束垂直投射到镍单晶，电子束被散射。其强度分布可用德布罗意关系和衍射理论给以解释，从而验证了物质波的存在。,探测器,电子束,电子枪,镍单晶,三,.,物质波的实验验证,15,I,a=0.215nm,d=0.0908nm,电流出现了周期性变化,N,i,单晶,d,a,实验结果：,三,.,物质波的实验验证,16,实验解释：,将电子看成波，其波长为德布罗意波长：,既然是波，电流出现最大值时正好满足布喇格,公式：,即：,实验装置：,G,N,i,单,晶,电,流,计,U,B,K,发射电,子阴级,加,速,电,极,显然将电,子看成微,粒无法解,释。,实验表明电流最大值正好满,足,M,三,.,物质波的实验验证,17,1927,年,G,.,P,.,汤姆逊（,J,.,J,.,汤姆逊之子）,也独立完成了电子衍射实验。与,C,.,J,.,戴维森共获,1937,年诺贝尔物理学奖。,屏,P,多晶薄膜,高压,栅极,阴极,1,.,电子衍射实验,2,电子束在穿过细晶体粉末或薄金属片后，也象,X,射线一样产生衍射现象。,此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。,电子衍射图样,三,.,物质波的实验验证,18,三,.,物质波的实验验证,19,三,.,物质波的实验验证,20,2.,电子双缝实验,1961,年琼森（,Claus Jnsson,）将一束电子加速到,50Kev,，让其通过一缝宽为,a=0.5,10,-6,m,，间隔为,d=2.010,-6,m,的双缝,当电子撞击荧光屏时,发现了类似于双缝衍射实验结果,.,大量电子一次性的行为,三,.,物质波的实验验证,21,电子显微镜,22,电子显微镜下的灰尘,23,回顾与评价,我对光的认识经历了几个过程：,波粒二象性对我的思维冲击：,德布罗意假说对我的启发：,我对科学研究方法的新体会：,四,.,小结,24,