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1、新课标波粒二象性第1页，共22页，编辑于2022年，星期六圆屏衍射圆屏衍射圆孔衍射圆孔衍射钢针的衍射钢针的衍射增透膜增透膜薄膜干涉薄膜干涉镜面检测镜面检测光的干涉和衍射现象表明光确实是一种波第2页，共22页，编辑于2022年，星期六爱因斯坦康普顿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第3页，共22页，编辑于2022年，星期六电磁波电磁波光光 子子光的波动性光的粒子性 波长频率波速 动质量能量动量 光的干涉光的衍射光的偏振有波动参量，如：有波的行为特性 如：有粒子参量，如：有粒子的行为特性 如：光电效应康普顿效应第4页，共22页，编辑于2022年，星期六经典物理学把物质分为两类，一
2、类是质子、电子等实物，另一类是电场、磁场等，统称场。光是传播者的电磁场，既然光有粒子性，那么，质子、电子、原子、分子等实物粒子是否会在一定条件下表现出波动性？1923年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设想，人年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设想，人们对于光子的波粒二象性也适用于实物粒子。们对于光子的波粒二象性也适用于实物粒子。第5页，共22页，编辑于2022年，星期六德布罗意波（物质波）第6页，共22页，编辑于2022年，星期六例例1：质量质量 m=50Kg的人，以的人，以 v=15 m/s 的速度运动，试的速度运动，试求人的德布罗意波波长。求人的德布罗意波波长。解：解：第7
3、页，共22页，编辑于2022年，星期六 1927年年 G.P.汤姆逊（汤姆逊（J.J.汤姆逊之子）汤姆逊之子）也独立完成了电也独立完成了电子衍射实验。与子衍射实验。与 C.J.戴维森共戴维森共获获 1937 年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。屏屏 P P多晶多晶薄膜薄膜高压高压栅极栅极阴极阴极2.2.电子衍射实验电子衍射实验电子束在穿过细晶体粉末或薄电子束在穿过细晶体粉末或薄金属片后，也象金属片后，也象X射线一样产射线一样产生衍射现象。生衍射现象。此后，人们相继证实了原子、此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。分子、中子等都具有波动性。第8页，共22页，编辑于2022年，星期六
4、由由代入代入 电子的德布罗意波波长很短，电子的德布罗意波波长很短，用电子显微镜衍射效应小，可用电子显微镜衍射效应小，可放大放大200万倍。万倍。例例2：求静止电子经求静止电子经 15000V 电压加速后的德波波长。电压加速后的德波波长。解：解：静止电子经电压静止电子经电压U加速后的动能加速后的动能第9页，共22页，编辑于2022年，星期六 电子显微镜按结构和用途可分为透射式电子显微镜、扫描式电子显微镜、反射式电子显微镜和发射式电子显微镜等。透射式电子显微镜常用于观察那些用普通显微镜所不能分辨的细微物质结构；扫描式电子显微镜主要用于观察固体表面的形貌。电子显微镜的光路与光学显微镜相仿。由于电子的
5、德的光路与光学显微镜相仿。由于电子的德布罗意波长短，衍射不明显，故它的分辨能力很高，布罗意波长短，衍射不明显，故它的分辨能力很高，可以直接观察到原子。可以直接观察到原子。高速的电子的波长比可见光的高速的电子的波长比可见光的波长短（波粒二象性），而显微镜的分辨率受其使用的波长短（波粒二象性），而显微镜的分辨率受其使用的波长的限制，因此电子显微镜的分辨率（约波长的限制，因此电子显微镜的分辨率（约0.1纳米）远纳米）远高于光学显微镜的分辨率（约高于光学显微镜的分辨率（约200纳米）。纳米）。第10页，共22页，编辑于2022年，星期六第11页，共22页，编辑于2022年，星期六做双缝干涉实验时，将感
6、光胶片放在屏的位置上，注意观察照片，为什么会有这种现象？第12页，共22页，编辑于2022年，星期六短长曝光时间结论1、这张照片清晰的显示了光的粒子性2、光子落在某些条形区域内的可能性较大（干涉加强区）。光的波粒二象性.swf概率波概率波第13页，共22页，编辑于2022年，星期六在光的衍射实验中，摄像记录弱光入射的几个不同曝光阶段的衍射图样，并进行比较，可以发现，在衍射图样中较亮的地方，光子出现的概率较大。单 缝 衍 射 像圆孔衍射像1、光的干涉2、光的衍射第14页，共22页，编辑于2022年，星期六 光波是一种概率波光波是一种概率波，概率表征某一事物出现的可能性伽尔顿板实验表明单个小球下落
7、的位置是不确定的,但是它落在中间狭槽的可能性要大一些，即小球落在中间的概率较大第15页，共22页，编辑于2022年，星期六思考与讨论 根据你的理解，说明概率的意义，举出几个日常生活中的或科学中的事例，说明哪些事件是个别出现时看不出什么规律，而大量出现时则显示出一定的规律性 生活中，涉及概率统计的事件很多，例如：在研究分子热运动时，研究单个分子的运动是毫无意义的，需要研究的是大量分子整体表现出来的规律，这叫做统计规律第16页，共22页，编辑于2022年，星期六 当光源和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、曝光时间较短时一样，则光的波动则光的波动性不是光子
8、之间的相互作用引起的性不是光子之间的相互作用引起的波动性是光子本身的一种属性第17页，共22页，编辑于2022年，星期六光的波动性和粒子性的统一光的波动性和粒子性的统一1在微观世界中：在微观世界中：大量光子大量光子运动产生的效果显示出波动运动产生的效果显示出波动性，性，个别光子个别光子运动产生的效果显示出粒子性运动产生的效果显示出粒子性。2光在传播时显示波动性光在传播时显示波动性；与物体；与物体发生作用时往往显示发生作用时往往显示粒子性粒子性。3按电磁波谱的的排列，频率小波长长时波动性显著，按电磁波谱的的排列，频率小波长长时波动性显著，粒子性不明显；而频率高波长短时，粒子性显著，而波粒子性不明
9、显；而频率高波长短时，粒子性显著，而波动性不明显动性不明显。第18页，共22页，编辑于2022年，星期六微观粒子在某些条件下表现出微观粒子在某些条件下表现出粒子性粒子性,在另一些条件下表在另一些条件下表现出现出波动性波动性.两种两种性质性质虽寓于虽寓于同一体中同一体中却却不能同时不能同时表现出来表现出来两种图像不会同两种图像不会同时出现在你的视时出现在你的视觉中觉中少女?老妇?第19页，共22页，编辑于2022年，星期六第20页，共22页，编辑于2022年，星期六第21页，共22页，编辑于2022年，星期六 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，而我们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规律第22页，共22页，编辑于2022年，星期六