4.3-4.4波粒二象性.pptVIP

小结 一、康普顿效应 二、光的波粒二象性 三、概率波 四、实物粒子的波粒二象性 波粒二象性 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 二.康普顿效应 一.光的散射 1.康普顿散射实验装置： 晶体 光阑 X 射线管 探 测 器 X 射线谱仪 石墨体 (散射物质) j ?0 散射波长? 2.康普顿效应：实验发现：X射线中除有与入射线波长相同的射线外，还发现了其波长随角度的增大而增大的谱线。X射线经物质散射后波长变长的现象称为康普顿效应。 康普顿正在测晶体对X射线的散射 hv 光子 电子 碰撞前 hv′ 碰撞后 当电磁波通过物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，它所发射的散射光频率应等于入射光频率。 无法解释波长改变和散射角的关系。 经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难 3.光子理论对康普顿效应的解释: 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。 1.康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果。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长。 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。 （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。 4. 康普顿散射实验的意义 圆孔衍射 薄膜干涉 光的干涉和衍射现象表明光确实是一种波 三、光的波粒二象性 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． 光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性 当我们改变光强进行双缝干涉实验时，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？ 弱光 强光 实验结论 1、光源弱时，显示了光的粒子性. 2、光源很强时，呈现波动性。 光子落在亮纹处的概率较大，说明光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律进行解释． 中光 ⑴不能确定某时刻某个光子落在哪个位置 ⑵光子落在某一位置附近的概率可以确定，且光子在空间出现的概率可通过波动的规律确定。 光子在某位置出现的概率大，对大量光子来说达到该位置的光子数多，该位置出现明条纹。反之，概率小的位置出现的光子少，出现暗条纹。 四、光是一种概率波 　　既然光具有波粒二象性，那么光在什么情况下波动性显著,在什么情况下粒子性显著呢？ 频率越高的光,粒子性越明显． 波长越长的光,波动性越明显. 大量光子的行为往往显示出波动性, 个别光子的行为往往显示出粒子性． 法国物理学家 1892—1987 1924年，德布罗意大胆地设想，实物粒子像光子一样，也具有波粒二象性。 五、德布罗意的物质波 能量为E、动量为p的粒子与频率为v、波长为?的波相联系，并遵从以下关系： 这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波(物质波或概率波),其波长 ? 称为德布罗意波长。 1、德布罗意波 动量与波长的关系 　　后来大量实验都证实了质子、中子和原子、分子等实物微观粒子都具有波动性,并都满足德布罗意关系。 【例1】试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长及显像管中运动电子的德布罗意波长。 解：中学生m≈50kg ，v≈7m/s ，则 可见，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性，微观物质波动性显著。 我们为什么没有觉察到自身的波动性呢？ 一切实物粒子都具有波动性。 电子v≈5.0?106m/s, 　　m=9.1?10-31Kg， 1927年 C.J.戴维森与 G.P.革末作电子衍射实验， 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，验证电子具有波动性。 （1） 电子衍射实验1 2.德布罗意波的实验验证 （2） 电子衍射实验2 屏 P 多晶薄膜 高压 栅极 阴极 1927年 G.P.汤姆逊完成了电子衍射实验。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。 后来人们相继证实了原子、分子、中子等实物粒子都具有波动性。 1、与实物粒子相联系的物质波也是概率波，即单个粒子的位置是不确定的，但粒子在某点附近的概率的大小可以由波动的规律确定。 2、对大量粒子来说，概率大的位置达到的粒子数多，概率小的位置达到的粒子数少。 对实物粒子的波粒二象性的理解