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1、温故而知新温故而知新17.2 17.2 光的粒子性光的粒子性一、光电效应的实验规律一、光电效应的实验规律二、光电效应解释中的疑难二、光电效应解释中的疑难三三、爱因斯坦的光电效应方程、爱因斯坦的光电效应方程经典力学理论经典力学理论不不适用于微观领域适用于微观领域饱和电流、饱和电流、遏制电压、截止频率、逸出功遏制电压、截止频率、逸出功四四、康普顿效应康普顿效应光的散射、康普顿效应光的散射、康普顿效应五五、光子的动量、光子的动量3 3 3 3光的波动性一、光的波粒二象性一、光的波粒二象性体现光的体现光的粒子性粒子性体现光体现光的的波动性波动性光的波粒二象性二、粒子的波动性二、粒子的波动性除了光具有波
2、动性，德布罗意提除了光具有波动性，德布罗意提出假设：出假设：实物粒子也具有波动性。实物粒子也具有波动性。这种与实物粒子相联系的波后来这种与实物粒子相联系的波后来称为称为德布罗意波德布罗意波。三三、物质波的实验验证、物质波的实验验证 19271927年戴维孙（年戴维孙（C.J.DavissonC.J.Davisson）和汤姆孙（和汤姆孙（G.P.ThomsonG.P.Thomson）分别利用）分别利用晶体做了电子束衍射实验，得到了类晶体做了电子束衍射实验，得到了类似图似图17.3-117.3-1的衍射图样，从而证实了的衍射图样，从而证实了电子的波动性。他们为此获得了电子的波动性。他们为此获得了1
3、9371937年的诺贝尔物理学奖。年的诺贝尔物理学奖。4 4 4 4概率波一、经典的粒子和经典的波一、经典的粒子和经典的波经典物理学中，已知初始位置和初始速度及受力情经典物理学中，已知初始位置和初始速度及受力情况，就可以确定任意时刻的况，就可以确定任意时刻的位置位置和和速度速度以及空中的以及空中的确定确定轨道轨道。经典的粒子经典的粒子经经 典典 的的 波波经典的经典的波在空间是弥散开来的，其特征是具有波在空间是弥散开来的，其特征是具有频率频率和和波长波长，也就是具有时空的周期性。，也就是具有时空的周期性。波和粒子是两种不同的研究对象，具有非常不同的波和粒子是两种不同的研究对象，具有非常不同的表
4、现。那么，对于光和电子、质子等粒子，这两种表现。那么，对于光和电子、质子等粒子，这两种互不相容的属性又是怎样互不相容的属性又是怎样“集于一身集于一身”的？的？二二、概率波、概率波按照光的波动理论，条按照光的波动理论，条纹的明暗表示达到屏上纹的明暗表示达到屏上的的光的强度不同光的强度不同。按照光子模型，每个同按照光子模型，每个同频光子都带有相同的一频光子都带有相同的一份能量，所以条纹份能量，所以条纹明暗明暗的分布应该是达到屏上的分布应该是达到屏上的光子数目多少的分布的光子数目多少的分布，也就是说，光的强弱对也就是说，光的强弱对应光子的数目，应光子的数目，明纹处明纹处达到的光子数多，暗纹达到的光子
5、数多，暗纹处到达的光子数少处到达的光子数少。二二、概率波、概率波一个光子通过狭缝后到一个光子通过狭缝后到底落在哪一点呢？底落在哪一点呢？19261926年德国物理学家波恩指年德国物理学家波恩指出：虽然不能肯定某个光子出：虽然不能肯定某个光子落在哪一点，但由屏上各处落在哪一点，但由屏上各处的明暗不同这个事实可以推的明暗不同这个事实可以推知，光子落在个点的概率是知，光子落在个点的概率是不一样的，即光子落在明纹不一样的，即光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处的处的概率大，落在暗纹处的概率小。光子在空间出现的概率小。光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确概率可以通过波动的规律确定。所以，从光子的概念上
6、定。所以，从光子的概念上看，光波是一种看，光波是一种概率波概率波。二二、概率波、概率波100100个电子个电子30003000多个电子多个电子7000070000多个电子多个电子5 5 5 5不确定关系一、不确定关系一、不确定关系屏上各点的亮度反映了粒子到达这点的概率。如果屏上各点的亮度反映了粒子到达这点的概率。如果这个概率的分布在坐标系中表示出来，就是这个概率的分布在坐标系中表示出来，就是17.5-217.5-2右侧的曲线。右侧的曲线。一、不确定关系一、不确定关系这就是著名的这就是著名的不确不确定性关系定性关系，简称，简称不不确定关系确定关系。二二、物理模型与物理现象、物理模型与物理现象 作为作为2020世纪最伟大的物理学家之一，爱因斯坦世纪最伟大的物理学家之一，爱因斯坦对于量子理论的思索比相对论的考虑要多得多。即对于量子理论的思索比相对论的考虑要多得多。即便如此，他在晚年也只好承认：便如此，他在晚年也只好承认：“整整整整5050年有意识年有意识的思考，并没有使我们更接近的思考，并没有使我们更接近光量子是什么光量子是什么这这个问题的答案。个问题的答案。”然而，越困难，越具有挑战性的问题，就越然而，越困难，越具有挑战性的问题，就越让人的好奇心无法割舍。这种思考和争论任然继续让人的好奇心无法割舍。这种思考和争论任然继续着着