二、光的波粒二象性圓屏衍射圓孔衍射鋼針的衍射增透膜薄膜干涉鏡面檢測(cè)光的干涉和衍射現(xiàn)象表明光確實(shí)是一種波1、產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件光電效應(yīng)的基本規(guī)律2 2、光電子的最大初動(dòng)能、光電子的最大初動(dòng)能愛(ài)因斯坦的光電方程愛(ài)因斯坦的光電方程任何一種金屬，都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必任何一種金屬，都有一個(gè)極限頻率，入射光的頻率必須大于這個(gè)極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)頻須大于這個(gè)極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)，低于這個(gè)頻率的光，無(wú)論光強(qiáng)怎樣大，也不能產(chǎn)生光電效應(yīng)率的光，無(wú)論光強(qiáng)怎樣大，也不能產(chǎn)生光電效應(yīng)。WhEk4、光電流強(qiáng)度的決定 當(dāng)入射光的頻率大于極限頻率時(shí)， 光電流強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度成正比。3、光電效應(yīng)的產(chǎn)生時(shí)間光電子發(fā)射所經(jīng)過(guò)的時(shí)間至多為109 秒（這個(gè)現(xiàn)象一般稱作“光電子的瞬時(shí)發(fā)射”）。愛(ài)因斯坦康普頓光電效應(yīng)以及康普頓效應(yīng)等無(wú)可辯駁的證實(shí)了光是一種粒子光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光具有波粒二象性頻率低波長(zhǎng)長(zhǎng)的頻率低波長(zhǎng)長(zhǎng)的光波動(dòng)性較明顯光波動(dòng)性較明顯頻率高波長(zhǎng)短的頻率高波長(zhǎng)短的光粒子性較明顯光粒子性較明顯光具有波粒二象性波粒二象性當(dāng)我們用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，將感光膠片放在屏的位置上，會(huì)看到什么樣的照片呢？為什么會(huì)有這種現(xiàn)象？短長(zhǎng)曝光時(shí)間結(jié)論1、這張照片清晰的顯示了光的粒子性2、光子落在某些條形區(qū)域內(nèi)的可能性較大（干涉加強(qiáng)區(qū)），說(shuō)明光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大?。ǜ怕剩┛梢杂貌▌?dòng)規(guī)律進(jìn)行解釋光波是一種概率波，概率表征某一事物出現(xiàn)的可能性伽爾頓板實(shí)驗(yàn)表明單個(gè)小球下落的位置是不確定的,但是它落在中間狹槽的可能性要大一些，即小球落在中間的概率較大猜測(cè)光既是一種波，又是一種粒子，因此有的科學(xué)家猜測(cè)，在一束光中，光子之間的相互作用使光表現(xiàn)出了波的性質(zhì)現(xiàn)在請(qǐng)大家猜測(cè)一下是否是這一原因？如何設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)證明你的觀點(diǎn)？讓我們換一個(gè)角度思考仍然考慮雙縫干涉實(shí)驗(yàn)減弱光源分析分析當(dāng)光源和感光膠片之間不可能同時(shí)有兩個(gè)和多個(gè)光子時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間曝光得到的照片仍然和光源很強(qiáng)、曝光時(shí)間較短時(shí)一樣，則光的波動(dòng)性不是光子之間的相互作用引起的波動(dòng)性是光子本身的一種屬性氣體分子熱運(yùn)氣體分子熱運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)時(shí)電流電流光的波動(dòng)性光的波動(dòng)性光的粒子性光的粒子性我們?cè)谒伎嘉锢砀拍罨蛭锢硪?guī)律時(shí)，往往我們?cè)谒伎嘉锢砀拍罨蛭锢硪?guī)律時(shí)，往往建建立新的模型立新的模型光的波粒二象性 惠更斯波動(dòng)說(shuō)牛頓的微粒說(shuō)麥克斯韋光的電磁說(shuō)愛(ài)恩斯坦光子說(shuō)光本性認(rèn)識(shí) 1光子既不是經(jīng)典的波（惠更斯波），光子既不是經(jīng)典的波（惠更斯波），也不是經(jīng)典的粒子（牛頓彈性球）。光是也不是經(jīng)典的粒子（牛頓彈性球）。光是客觀世界物質(zhì)形式之一?？陀^世界物質(zhì)形式之一。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學(xué)中的矛盾統(tǒng)一性，對(duì)立依存的唯物辯證學(xué)中的矛盾統(tǒng)一性，對(duì)立依存的唯物辯證思想和奇異和諧美。由此使人類對(duì)微觀世思想和奇異和諧美。由此使人類對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)大步向前。界的認(rèn)識(shí)大步向前。練習(xí)題：1、光的_和_現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性，_現(xiàn)象說(shuō)明光具有粒子性我們無(wú)法只用其中 一 種 觀 點(diǎn) 說(shuō) 明 光 的 一 切 行 為 ， 因 而 認(rèn) 為 光 具 有_性干涉干涉衍射衍射光電效應(yīng)光電效應(yīng)波粒二象波粒二象2、光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性。大量光子表現(xiàn)出的_強(qiáng)，少量光子表現(xiàn)出的_強(qiáng)；頻率高的光子表現(xiàn)出的_強(qiáng)，頻率低的光子表現(xiàn)出的_強(qiáng)波動(dòng)性波動(dòng)性粒子性粒子性粒子性粒子性波動(dòng)性波動(dòng)性物物 質(zhì)質(zhì) 波波物質(zhì)物質(zhì)實(shí)物實(shí)物 (宏觀物體，微觀粒子宏觀物體，微觀粒子)“場(chǎng)場(chǎng)”(電場(chǎng)，磁場(chǎng)電場(chǎng)，磁場(chǎng))問(wèn)題：?jiǎn)栴}：光是一種電磁光是一種電磁波波，同時(shí)光又具有，同時(shí)光又具有粒子性粒子性。那么，原子、分子等那么，原子、分子等實(shí)物粒子實(shí)物粒子是否也會(huì)在一定條是否也會(huì)在一定條件下表現(xiàn)出件下表現(xiàn)出波動(dòng)性波動(dòng)性？猜想：猜想：1924年年, 法國(guó)法國(guó)物理學(xué)家物理學(xué)家德布羅意德布羅意大膽假設(shè)大膽假設(shè)所有運(yùn)動(dòng)著的物體，除了具有粒子的特性之外，所有運(yùn)動(dòng)著的物體，除了具有粒子的特性之外，也必定同時(shí)具有波動(dòng)的特性。也必定同時(shí)具有波動(dòng)的特性。 任何運(yùn)動(dòng)著的物體，除了具有任何運(yùn)動(dòng)著的物體，除了具有粒子粒子的特性之外的特性之外, 也必定同時(shí)具有也必定同時(shí)具有波動(dòng)波動(dòng)的特性。的特性。 這種伴隨著物體的波動(dòng)稱為這種伴隨著物體的波動(dòng)稱為物質(zhì)波物質(zhì)波，也叫，也叫德布德布 羅意波羅意波。物物 質(zhì)質(zhì) 波波 法國(guó)法國(guó)物理學(xué)家：物理學(xué)家：德布羅意德布羅意提出物質(zhì)波的概念。提出物質(zhì)波的概念。物質(zhì)波的頻率、波長(zhǎng)物質(zhì)波的頻率、波長(zhǎng)mvhphhEE：物質(zhì)的能量：物質(zhì)的能量p：物質(zhì)的動(dòng)量：物質(zhì)的動(dòng)量問(wèn)題：?jiǎn)栴}：為何一般宏觀物體的為何一般宏觀物體的波動(dòng)性波動(dòng)性很難觀察到？很難觀察到？答案：答案：因?yàn)楹暧^物體的因?yàn)楹暧^物體的德布羅意波長(zhǎng)太小德布羅意波長(zhǎng)太小，所以，所以很難觀察到它們的很難觀察到它們的波動(dòng)性波動(dòng)性！(微觀粒子更容易些微觀粒子更容易些)例例1：估算一下運(yùn)動(dòng)員百米賽跑時(shí)的德布羅意波估算一下運(yùn)動(dòng)員百米賽跑時(shí)的德布羅意波長(zhǎng)，并說(shuō)明我們能否觀察到運(yùn)動(dòng)員的波動(dòng)性？長(zhǎng)，并說(shuō)明我們能否觀察到運(yùn)動(dòng)員的波動(dòng)性？msmkgsJmvhph3634101 . 1/10601063. 6波長(zhǎng)太短，很難觀察到其波動(dòng)性！波長(zhǎng)太短，很難觀察到其波動(dòng)性！例例2：課本課本p52例題例題19271927年，英美兩國(guó)物理學(xué)家分別用年，英美兩國(guó)物理學(xué)家分別用電子束電子束照射照射金屬晶體金屬晶體( (晶格數(shù)量級(jí)晶格數(shù)量級(jí)10-10m) )，得到了，得到了電子束電子束的衍射的衍射圖案，驗(yàn)證了德布羅意的假設(shè)。圖案，驗(yàn)證了德布羅意的假設(shè)。戴維森戴維森( (美國(guó)美國(guó)) ) G.P.G.P.湯姆生湯姆生 ( (英國(guó)英國(guó)) ) 19371937年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)微觀粒子的衍射實(shí)驗(yàn)微觀粒子的衍射實(shí)驗(yàn)根據(jù)根據(jù)電子衍射圖案電子衍射圖案得到的結(jié)論：得到的結(jié)論：物質(zhì)波也是概率波。物質(zhì)波也是概率波。（電子落在（電子落在“亮圓亮圓”的概率大，落在的概率大，落在“暗圓暗圓”的概率的概率?。┬。┕庾庸庾雍秃蛯?shí)物粒子實(shí)物粒子在空間分布的概率受在空間分布的概率受波動(dòng)規(guī)律波動(dòng)規(guī)律支配，支配，所以：所以：光波和物質(zhì)波都是概率波。光波和物質(zhì)波都是概率波。牛頓力學(xué)的局限性牛頓力學(xué)的局限性對(duì)于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，牛頓力學(xué)已經(jīng)不再適用了！對(duì)于微觀粒子的運(yùn)動(dòng)，牛頓力學(xué)已經(jīng)不再適用了！氫原子中的電子云氫原子中的電子云 電子云是一種形象化的比喻電子云是一種形象化的比喻，電子在原子核外空，電子在原子核外空間的某區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)，好象帶負(fù)電荷的云籠罩在原子核間的某區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)，好象帶負(fù)電荷的云籠罩在原子核的周圍，人們形象地稱它為的周圍，人們形象地稱它為“電子云電子云”。電子是一種微觀粒子，在原子如此小的空間電子是一種微觀粒子，在原子如此小的空間( (直徑直徑約約1010-10-10米米) )內(nèi)作高速運(yùn)動(dòng)，核外電子的運(yùn)動(dòng)與宏觀物內(nèi)作高速運(yùn)動(dòng)，核外電子的運(yùn)動(dòng)與宏觀物體運(yùn)動(dòng)不同體運(yùn)動(dòng)不同, ,沒(méi)有確定的方向和軌跡，沒(méi)有確定的方向和軌跡，只能用只能用電子云電子云描述它在原子核外空間某處出現(xiàn)機(jī)會(huì)的大小。描述它在原子核外空間某處出現(xiàn)機(jī)會(huì)的大小。 氫原子處于氫原子處于n=1n=1能級(jí)時(shí)的電子云能級(jí)時(shí)的電子云小黑點(diǎn)表示氫原子外一個(gè)電子在核外某空間單位體積內(nèi)出現(xiàn)小黑點(diǎn)表示氫原子外一個(gè)電子在核外某空間單位體積內(nèi)出現(xiàn)機(jī)會(huì)的多少，離核近處，黑點(diǎn)密度大，電子出現(xiàn)機(jī)會(huì)多，離機(jī)會(huì)的多少，離核近處，黑點(diǎn)密度大，電子出現(xiàn)機(jī)會(huì)多，離核遠(yuǎn)處，電子出現(xiàn)機(jī)會(huì)少。核遠(yuǎn)處，電子出現(xiàn)機(jī)會(huì)少。 氫原子電子云給氫原子拍攝一張照片給氫原子拍攝一張照片 再給氫原子拍攝一張照片再給氫原子拍攝一張照片再給氫原子拍攝一張照片再給氫原子拍攝一張照片再給氫原子拍攝一張照片再給氫原子拍攝一張照片再給氫原子拍攝一張照片再給氫原子拍攝一張照片 給氫原子拍照，并將給氫原子拍照，并將2 2張照片疊加張照片疊加 給氫原子拍照，并將給氫原子拍照，并將3 3張照片疊加張照片疊加 給氫原子拍照，并將給氫原子拍照，并將4 4張照片疊加張照片疊加 給氫原子拍照，并將給氫原子拍照，并將5 5張照片疊加張照片疊加 給氫原子拍照，并將給氫原子拍照，并將2020張照片疊加張照片疊加 給氫原子拍照，并將給氫原子拍照，并將100100張照片疊加張照片疊加 給氫原子拍照，并將給氫原子拍照，并將500500張照片疊加張照片疊加 給氫原子拍照，并將給氫原子拍照，并將10001000張照片疊加張照片疊加 給氫原子拍照，并將給氫原子拍照，并將1000010000張照片疊加張照片疊加