波與粒子（上課）

第五章波與粒子授課：鄭毅第一節(jié)光電效應(yīng)光電效應(yīng)1、在光（包括不可見(jiàn)光）的照射下，電子從物體表面逸出的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。2、發(fā)射出來(lái)的電子叫做光電子。3探究光電效應(yīng)的規(guī)律光電管1.光電管就是利用光電效應(yīng)把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的一種傳感器。2.陰極發(fā)出的光電子被陽(yáng)極收集，在回路中會(huì)形成電流，稱(chēng)為光電流。光電管的工作原理

為了把光電子盡可能多地收集到陽(yáng)極，以增強(qiáng)光電流，通常還在光電管兩極加上正向電壓，如圖所示，光電流在電阻的兩端產(chǎn)生電壓Uab，隨著光的強(qiáng)弱變化而變化。這樣，光電管就把光信號(hào)變成了電信號(hào)?；芈分械墓怆娏鲿?huì)隨著反向電壓的增加而減小，當(dāng)反向電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，光電流將會(huì)減小到零，我們把這時(shí)的電壓稱(chēng)為遏止電壓。如果光電子到達(dá)陽(yáng)極的速度剛好為零，根據(jù)能量守恒定律，光電子出射時(shí)的最大初始動(dòng)能為：可見(jiàn)，光電子的最大初始動(dòng)能可以通過(guò)測(cè)量遏止電壓來(lái)確定。光電效應(yīng)的4條基本規(guī)律1.產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件：

任何一種金屬，都存在極限頻率γ0，只有當(dāng)入射光頻率γ>γ0時(shí)，才能發(fā)生光電效應(yīng)。2.光電子的最大初動(dòng)能：

光電子的最大初動(dòng)能Ekm與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增大。3.光電效應(yīng)的發(fā)生時(shí)間：幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的。

4.光電流強(qiáng)度的決定因素：當(dāng)入射光頻率γ>γ0時(shí)，光電流（單位時(shí)間內(nèi)逸出金屬表面的電子數(shù)）隨入射光強(qiáng)度的增大而增大。（1）某光恰能使鋅發(fā)生光電效應(yīng)，那么能使表格內(nèi)哪些金屬發(fā)生光電效應(yīng)?（2）表中哪種金屬最易發(fā)生光電效應(yīng)?（3）為什么各種金屬的極限頻率不同?

196372558660λ0/nm15.311.58.075.384.55

γ0/1014Hz鉑銀鋅鉀銫260幾種金屬的極限頻率和極限波長(zhǎng)極限頻率討論與交流隨著反向電壓逐漸增大，光電流是逐漸減小還是突然減?。恐饾u減小。由此是否可以推測(cè)出射光電子的動(dòng)能不一樣？遏止電壓對(duì)應(yīng)的是所有光電子的動(dòng)能嗎？不一樣。光電效應(yīng)中從金屬出來(lái)的光電子，它們的初速度會(huì)有差異，其中最大者叫最大初動(dòng)能。不是，遏止電壓對(duì)應(yīng)的是光電子最大初動(dòng)能。波動(dòng)理論對(duì)光電效應(yīng)的解釋的困難：波動(dòng)理論光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果困難1光能由振幅決定，與光頻率無(wú)關(guān)，只要光強(qiáng)足夠大（不論入射光的頻率多小），總可以使電子獲得足夠的能量從而發(fā)生光電效應(yīng)如果γ﹤γ0，無(wú)論光強(qiáng)有多大，都不能發(fā)生光電效應(yīng)，光能應(yīng)由光頻率來(lái)決定困難2光強(qiáng)越大，電子可獲得更多能量，光電子的最大初動(dòng)能也應(yīng)該越大，遏止電壓也應(yīng)越大。即出射電子的最大初動(dòng)能應(yīng)該由光強(qiáng)來(lái)決定光電子的最大初動(dòng)能、遏止電壓都與光強(qiáng)無(wú)關(guān)，而與頻率有關(guān)困難3光強(qiáng)大時(shí)，電子能量積累的時(shí)間就短，光強(qiáng)小時(shí)，能量積累的時(shí)間就長(zhǎng)當(dāng)入射光照射到光電管陰極時(shí)，無(wú)論光強(qiáng)怎樣，幾乎瞬間就產(chǎn)生了光電子光電效應(yīng)的理論解釋愛(ài)因斯坦發(fā)展了普朗克的能量不連續(xù)的思想，提出光量子（能量量子）概念?？此七B續(xù)的光實(shí)際上是有個(gè)數(shù)有限、分立于空間各點(diǎn)的光子組成。每個(gè)光子的能量為hγ.光照射到金屬板時(shí)，光子將能量傳遞給電子，一個(gè)光子傳遞給一個(gè)電子的能量為hγ，并滿足愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程：一個(gè)光子的能量一個(gè)電子從金屬表面逸出而必須做的功——逸出功該電子離開(kāi)金屬表面的最大初動(dòng)能解釋光電效應(yīng)：光照射到金屬表面，部分電子吸收光子能量?！艄庾幽芰看笥?等于逸出功，該電子可以逸出金屬表面，發(fā)生光電效應(yīng)。（增大光強(qiáng)，逸出的電子數(shù)增加。）→若光子能量小于逸出功，該電子不能逸出金屬表面1）增大光強(qiáng)不能~因?yàn)橹皇窃龆嗔宋展庾幽芰康碾娮訑?shù)，對(duì)單個(gè)電子吸收的光子能量仍為hγ，不會(huì)改變。2）增長(zhǎng)光照時(shí)間不能~電子吸收光子后極短時(shí)間內(nèi)就可以把能量傳遞給其它粒子，電子無(wú)法通過(guò)能量積累逸出。解釋光電效應(yīng)：光照射到金屬表面，部分電子吸收光子能量?！艄庾幽芰看笥?等于逸出功，該電子可以逸出金屬表面，發(fā)生光電效應(yīng)。（增大光強(qiáng)，逸出的電子數(shù)增加。）每種金屬的逸出功是確定的，但電子逸出路徑不同，故逸出時(shí)動(dòng)能也不同。直接從金屬表面逸出的電子動(dòng)能最大。1916年，密立根用實(shí)驗(yàn)證明了電子的最大初動(dòng)能與光的頻率成嚴(yán)格的線性函數(shù)關(guān)系，證實(shí)了愛(ài)因斯坦的光電方程。P86例題1、___________________________的現(xiàn)象稱(chēng)為光電效應(yīng)，發(fā)射出來(lái)的電子叫____________

。物體在光的照射下發(fā)射電子光電子鞏固練習(xí)：2、光電管的作用是把_______信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)開(kāi)_____信號(hào)。由于光電管發(fā)生光電效應(yīng)而在電路中形成的電流叫_________。光電光電流3、在演示光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，原來(lái)不帶電的一塊鋅板與靈敏驗(yàn)電器相連，用弧光燈照射鋅板時(shí)，驗(yàn)電器指針張開(kāi)一個(gè)角度，如圖所示，這時(shí)()A．鋅板帶正電，指針帶負(fù)電B．鋅板帶正電，指針帶正電C．鋅板帶負(fù)電，指針帶正電 D．鋅板帶負(fù)電，指針帶負(fù)電B鞏固練習(xí)：4、若用綠光照射某種金屬板不能發(fā)生光電效應(yīng)，則下列哪一種方法可能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)（）A.增大入射光的強(qiáng)度B.增加光的照射時(shí)間C.改用黃光照射D.改用紫光照射D5、某種頻率的光射到金屬表面上時(shí)，金屬表面有電子逸出，若光的頻率不變而強(qiáng)度減弱，那么下述結(jié)論中正確的是（）A．光的強(qiáng)度減弱到某一數(shù)值時(shí)，就沒(méi)有電子逸出B．逸出的電子數(shù)一定減少C．逸出的電子數(shù)有可能增加D．逸出的電子數(shù)有可能不變B6、光電效應(yīng)的四條規(guī)律中，經(jīng)典的電磁理論不能解釋的有（）A、入射光的頻率必須大于被照射的金屬的極限頻率才能產(chǎn)生光電效應(yīng)B、光電子的最大初動(dòng)能與入射光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，只隨入射光頻率的增大而增加C、入射光照到金屬上時(shí)，光電子的發(fā)出幾乎是瞬時(shí)的D、當(dāng)入射光頻率大于金屬的極限頻率時(shí)，光電流強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度成正比ABC鞏固練習(xí)：第二節(jié)康普頓效應(yīng)光的波動(dòng)理論在解釋光電效應(yīng)時(shí)遇到了巨大的困難。后來(lái)，愛(ài)因斯坦在普朗克量子化理論的啟發(fā)下，提出了光子學(xué)說(shuō)．普朗克愛(ài)因斯坦1.光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,因而傳播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象叫做光的散射2.康普頓效應(yīng)1923年康普頓在做X射線通過(guò)物質(zhì)散射的實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)散射線中除有與入射線波長(zhǎng)相同的射線外，還有比入射線波長(zhǎng)更長(zhǎng)的射線，其波長(zhǎng)的改變量與散射角有關(guān)，而與入射線波長(zhǎng)和散射物質(zhì)都無(wú)關(guān)?？灯疹D散射的實(shí)驗(yàn)裝置與規(guī)律：晶體

光闌X射線管探測(cè)器X射線譜儀

石墨體(散射物質(zhì))j

0散射波長(zhǎng)

按經(jīng)典電磁理論：

如果入射X光是某種波長(zhǎng)的電磁波，散射光的波長(zhǎng)是不會(huì)改變的！康普頓正在測(cè)晶體對(duì)X射線的散射康普頓散射曲線的特點(diǎn)：1.除原波長(zhǎng)

0外出現(xiàn)了移向長(zhǎng)波方向的新的散射波長(zhǎng)

。2.新波長(zhǎng)

隨散射角的增大而增大。

散射中出現(xiàn)

≠

0的現(xiàn)象，稱(chēng)為康普頓散射。波長(zhǎng)的偏移為=0Oj=45Oj=90Oj=135Oj................................................................................o（A）0.7000.750λ波長(zhǎng).......

0

經(jīng)典電磁理論解釋康普頓效應(yīng)根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過(guò)物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動(dòng)，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率?？梢越忉岊l率不變的一般散射。無(wú)法解釋波長(zhǎng)改變和散射角的關(guān)系。光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋康普頓效應(yīng)是光子和電子作彈性碰撞的結(jié)果，具體解釋如下：1.若光子和外層電子相碰撞，光子有一部分能量傳給電子,散射光子的能量減少，于是散射光的波長(zhǎng)大于入射光的波長(zhǎng)。2.若光子和束縛很緊的內(nèi)層電子相碰撞，光子將與整個(gè)原子交換能量,由于光子質(zhì)量遠(yuǎn)小于原子質(zhì)量，根據(jù)碰撞理論，碰撞前后光子能量幾乎不變，波長(zhǎng)不變。(碰撞過(guò)程滿足動(dòng)量守恒和能量守恒)3.因?yàn)榕鲎仓薪粨Q的能量和碰撞的角度有關(guān)，所以波長(zhǎng)改變和散射角有關(guān)。稱(chēng)為電子的Compton波長(zhǎng)只有當(dāng)入射波長(zhǎng)

0與

c可比擬時(shí)，康普頓效應(yīng)才顯著，因此要用X射線才能觀察到康普頓散射，用可見(jiàn)光觀察不到康普頓散射。波長(zhǎng)的偏移只與散射角

有關(guān)，而與散射物質(zhì)種類(lèi)及入射的X射線的波長(zhǎng)

0無(wú)關(guān)，

c=0.0241?=2.4110-3nm（實(shí)驗(yàn)值）康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義（1）有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè)；（2）首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”的假設(shè)；（3）證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的?？灯疹D的成功也不是一帆風(fēng)順的，在他早期的幾篇論文中，一直認(rèn)為散射光頻率的改變是由于“混進(jìn)來(lái)了某種熒光輻射”；在計(jì)算中起先只考慮能量守恒，后來(lái)才認(rèn)識(shí)到還要用動(dòng)量守恒。康普頓,(1892-1962)美國(guó)物理學(xué)家1927年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)康普頓效應(yīng)1925—1926年，吳有訓(xùn)用銀的X射線(

0=5.62nm)為入射線,以15種輕重不同的元素為散射物質(zhì)，吳有訓(xùn)對(duì)研究康普頓效應(yīng)的貢獻(xiàn)1923年,參加了發(fā)現(xiàn)康普頓效應(yīng)的研究工作.對(duì)證實(shí)康普頓效應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn)。在同一散射角()測(cè)量各種波長(zhǎng)的散射光強(qiáng)度，作了大量X射線散射實(shí)驗(yàn)。（1897-1977）吳有訓(xùn)光子的能量和動(dòng)量動(dòng)量、能量是描述粒子的,頻率、波長(zhǎng)則是用來(lái)描述波的。h——架設(shè)起粒子性和波動(dòng)性之間的橋梁。課堂小結(jié)什么是康普頓效應(yīng)？經(jīng)典電磁理論解釋康普頓效應(yīng)：可以解釋頻率______的一般散射。無(wú)法解釋波長(zhǎng)改變和散射角的關(guān)系。光子理論對(duì)康普頓效應(yīng)的解釋?zhuān)嚎灯疹D效應(yīng)是光子和電子作__________的結(jié)果若光子和外層電子相碰撞，散射光的波長(zhǎng)_____。若光子和內(nèi)層電子相碰撞，碰撞前后光子波長(zhǎng)_____。波長(zhǎng)改變和散射角有關(guān)。彈性碰撞不變變長(zhǎng)不變5.康普頓散射實(shí)驗(yàn)的意義：（1）有力地支持了愛(ài)因斯坦“光量子”假設(shè)；

（2）首次在實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了“光子具有動(dòng)量”的假設(shè)；（3）證實(shí)了在微觀世界的單個(gè)碰撞事件中，動(dòng)量和能量守恒定律仍然是成立的。6.光子的能量和動(dòng)量7.用可見(jiàn)光能否觀察到康普頓散射？光的波粒二象性光的波動(dòng)說(shuō)：荷蘭惠更斯（代表人物）、英國(guó)托馬斯楊（解釋光的干涉）、法國(guó)菲涅爾（解釋光的衍射）、麥克斯韋（提出光是一種電磁波）。事實(shí)上，光子既有粒子的特征，又有波的特征，即光具有波粒二象性。愛(ài)因斯坦-光電效應(yīng)：光子能量與光的頻率有關(guān)，光仍有波的特征?？灯疹D-康普頓效應(yīng)：涉及散射光的波長(zhǎng)變化、光子的動(dòng)量與光的波長(zhǎng)有關(guān)等，也體現(xiàn)了光的波動(dòng)性。波恩-概率波：用概率波很好地解釋了光的波粒二象性。雙縫實(shí)驗(yàn)用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)得到的照片光波是一種概率波，光的強(qiáng)度表示光子出現(xiàn)概率的大小。光子出現(xiàn)在哪個(gè)位置受概率支配。單個(gè)光子出現(xiàn)在哪個(gè)位置是隨機(jī)的。少量光子形成的光點(diǎn)是無(wú)規(guī)律的。對(duì)大量光子：概率大的位置出現(xiàn)的光子多，形成亮條紋，反之形成暗條紋。光的波動(dòng)性和粒子性不是均衡表現(xiàn)的：波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性越明顯。光與電子相互作用時(shí)更多表現(xiàn)為粒子性，在傳播過(guò)程中更多表現(xiàn)為波動(dòng)性。一個(gè)一個(gè)無(wú)分布規(guī)律的光點(diǎn)，體現(xiàn)了光的粒子性弱光長(zhǎng)時(shí)間曝光，明顯的明暗條紋，體現(xiàn)了較明顯的波動(dòng)性。光具有波粒二象性第三節(jié)實(shí)物粒子的波粒二象性德布羅意(duedeBroglie,1892-1960)

德布羅意原來(lái)學(xué)習(xí)歷史，后來(lái)改學(xué)理論物理學(xué)。他善于用歷史的觀點(diǎn)，用對(duì)比的方法分析問(wèn)題。

1923年，德布羅意試圖把粒子性和波動(dòng)性統(tǒng)一起來(lái)。1924年，在博士論文《關(guān)于量子理論的研究》中提出德布羅意波,同時(shí)提出用電子在晶體上作衍射實(shí)驗(yàn)的想法。愛(ài)因斯坦覺(jué)察到德布羅意物質(zhì)波思想的重大意義，譽(yù)之為“揭開(kāi)一幅大幕的一角”。法國(guó)物理學(xué)家，1929年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠基人之一。物質(zhì)波的假設(shè)1924年,德布羅意推想:自然界在許多方面是對(duì)稱(chēng)的,“波粒共存的觀念可以推廣到所有粒子”。既然光具有波粒二象性,則實(shí)物粒子或許也有這種二象性,在這樣的推想下,德布羅意提出假設(shè)：實(shí)物粒子和光一樣,也具有波粒二象性。如果用能量E和動(dòng)量p來(lái)表示實(shí)物粒子的粒子性,用頻率γ和波長(zhǎng)λ來(lái)表征實(shí)物粒子的波動(dòng)性,那么,對(duì)光適用的關(guān)系式也適用于實(shí)物粒子,即:德布羅意關(guān)系h——普朗克常量——把粒子性和波動(dòng)性聯(lián)系起來(lái)與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱(chēng)為物質(zhì)波/德布羅意波預(yù)言：

電子通過(guò)一個(gè)小孔或晶體時(shí)會(huì)形成衍射條紋*。物質(zhì)波的假設(shè)德布羅意1892-1987實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性利用類(lèi)比的想法，提出物質(zhì)波概念與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱(chēng)為德布羅意波，或叫物質(zhì)波。預(yù)言：電子通過(guò)一個(gè)小孔或晶體時(shí)會(huì)形成衍射條紋。電子有質(zhì)量根據(jù)相對(duì)論德布羅意的思維邏輯

后來(lái)，大量實(shí)驗(yàn)都證實(shí)了：質(zhì)子、中子和原子、分子等實(shí)物微觀粒子都具有波動(dòng)性，并都滿足德布洛意關(guān)系。

一顆子彈、一個(gè)足球有沒(méi)有波動(dòng)性呢？

質(zhì)量m=0.01kg，速度v=300m/s的子彈的德布洛意波長(zhǎng)為

計(jì)算結(jié)果表明:子彈的波長(zhǎng)小到實(shí)驗(yàn)難以測(cè)量的程度。所以，宏觀物體只表現(xiàn)出粒子性。

一個(gè)質(zhì)量為m的實(shí)物粒子以速率v運(yùn)動(dòng)時(shí)，即具有以能量E和動(dòng)量p所描述的粒子性，同時(shí)也具有以頻率γ和波長(zhǎng)

所描述的波動(dòng)性。如速度v=5.0102m/s飛行的子彈，質(zhì)量為m=10-2Kg，對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)為：如電子m=9.1

10-31Kg，速度v=5.0107m/s,對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)為：太小測(cè)不到！X射線波段德布羅意關(guān)系這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波,后來(lái)被稱(chēng)為德布羅意波,也叫物質(zhì)波.對(duì)德布羅意物質(zhì)波的理解(1)任何物體,小到電子,質(zhì)子,大到行星,太陽(yáng)都存在波動(dòng)性,我們之所以觀察不到宏觀物體的波動(dòng)性,是因?yàn)楹暧^物體對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)太小的緣故.（一切實(shí)物粒子都有波動(dòng)性）(2)德布羅意是一種概率波,粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受到波動(dòng)規(guī)律的支配,不要以宏觀觀點(diǎn)中的波（機(jī)械波）來(lái)理解德布羅意波.(3)德布羅意假說(shuō)是光子的波粒二象性的一種推廣,使之包括了所有的物質(zhì)粒子,即光子和實(shí)物粒子都具有粒子性,又都具有波動(dòng)性,與光子對(duì)應(yīng)的是電磁波,與實(shí)物粒子對(duì)應(yīng)的波是物質(zhì)波.物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證干涉和衍射是波動(dòng)物質(zhì)的特有表現(xiàn),如果實(shí)物粒子具有波動(dòng)性的話,在一定條件下,也該發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象.實(shí)物粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)其波長(zhǎng)很小,根本無(wú)法觀察到它的波動(dòng)性.1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體做了電子束的衍射實(shí)驗(yàn).得到了類(lèi)似右圖的衍射圖樣,從而證明了電子的波動(dòng)性.物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證戴維遜－革末實(shí)驗(yàn)1927年，Davisson和Germer

進(jìn)行了電子衍射實(shí)驗(yàn)。

（該實(shí)驗(yàn)榮獲1937年Nobel物理學(xué)獎(jiǎng)）戴維遜--革末實(shí)驗(yàn)電子衍射實(shí)驗(yàn)

電子束垂直入射到鎳單晶的水平面上，在散射方向上探測(cè)到一個(gè)強(qiáng)度極大。（可用晶體對(duì)X射線的衍射方法來(lái)分析）1937諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)1927年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的戴維森（ClintonJosephDavisson，1881～1958）、革未（LesterHalbertGermer，1896～1971）通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)晶體對(duì)電子的衍射。1927年英國(guó)的湯姆遜（GeorgePagetThomson，1892～1975）通過(guò)電子在多晶膜上的透射得到了環(huán)狀的電子衍射圖象。它與光的圓孔衍射圖象極為相似。電子衍射X光衍射1927年戴維孫—革末通過(guò)電子在晶體表面的散射實(shí)驗(yàn)得到了與X射線衍射相似的電子衍射1927年英國(guó)的湯姆遜通過(guò)電子在金的多晶膜上的透射得到了環(huán)狀的電子衍射圖象。它與光的圓孔衍射圖象極為相似電子衍射花樣掃描隧道顯微鏡電子顯微鏡在電子顯微鏡下放大30000倍的細(xì)菌圖像電子顯微鏡下的頭發(fā)分叉照片電子顯微鏡下的血液中紅細(xì)胞的照片用電子顯微鏡放大115倍之后的室內(nèi)灰塵造成伊波拉出血熱的絲狀病毒樣貌人類(lèi)對(duì)于光的認(rèn)識(shí)歷程物質(zhì)波德布羅意能量量子化普朗克德布羅意：粒子和波這兩種觀點(diǎn)應(yīng)該以某種方式統(tǒng)一。粒子難以解釋波動(dòng)難以解釋父子諾貝爾獎(jiǎng)——湯姆遜G.P.湯姆遜1892-1975

C.J.戴維遜和G.P.湯姆遜利用晶體做了電子束衍射實(shí)驗(yàn)為此獲得了1937年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。J.J.湯姆遜1856-1940

1906年,湯姆遜由于發(fā)現(xiàn)電子和對(duì)氣體放電理論和實(shí)驗(yàn)做出了重大貢獻(xiàn)獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。父子不確定性關(guān)系宏觀世界：一個(gè)物體的位置和動(dòng)量是可以同時(shí)確定的。微觀世界：粒子的位置和動(dòng)量存在不確定性，不能同時(shí)測(cè)量。海森堡不確定關(guān)系不確定性關(guān)系表明：不能同時(shí)精確測(cè)定一個(gè)微觀粒子的位置和動(dòng)量。由于普朗克常量很小，對(duì)于宏觀物體，這種不確定關(guān)系可以忽略不計(jì)。例題動(dòng)量的不確定范圍位置的不確定范圍普朗克常量*能量和時(shí)間不確定關(guān)系微觀粒子波粒二象性電子云（用疏密不同的點(diǎn)表示電子出現(xiàn)的概率）從微觀的角度理解光的波動(dòng)性和粒子性光既表現(xiàn)出波動(dòng)性又表現(xiàn)出粒子性,很難用宏觀世界的觀念來(lái)認(rèn)識(shí),必須從微觀的角度建立起光的行為圖景,認(rèn)識(shí)光的波粒二象性,需要明確的是:愛(ài)因斯坦光子說(shuō)中的“粒子”和牛頓微粒說(shuō)中的“微?！笔莾蓚€(gè)完全不同的概念;同樣,麥克斯韋電磁說(shuō)中的“波”與惠更斯波動(dòng)說(shuō)中的“波”也是不同理論領(lǐng)域中完全不同的概念,其本質(zhì)區(qū)別在于微觀世界的認(rèn)識(shí)論與宏觀世界的認(rèn)識(shí)論的區(qū)別.梳理：人類(lèi)對(duì)原子認(rèn)識(shí)的發(fā)展時(shí)間軸重要事件重要實(shí)驗(yàn)重要理論典型問(wèn)題和計(jì)算

典例分析 一?對(duì)光的波粒二象性的理解例1:下列有關(guān)光的波粒二象性的說(shuō)法中,正確的是()A.有的光是波?有的光是粒子B.光和電子是同樣的一種粒子C.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),其波動(dòng)性越顯著;波長(zhǎng)越短,其粒子性越顯著D.大量光子的行為往往顯示出粒子性解析:一切光都具有波粒二象性,光的有些行為(如干涉?衍射)表現(xiàn)出波動(dòng)性,光的有些行為表現(xiàn)出粒子性(如光電效應(yīng)),所以,不能說(shuō)有的光是波,有的光是粒子.雖然光子和電子都是微觀粒子,都具有波粒二象性,但電子是實(shí)物粒子,有靜止的質(zhì)量;光子不是實(shí)物粒子,沒(méi)有靜止的質(zhì)量,電子是以實(shí)物粒子存在的物質(zhì),而光子是以場(chǎng)的形式存在的物質(zhì),所以不能說(shuō)光子和電子是同樣的一種粒子,大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動(dòng)性,個(gè)別光子往往顯示出其粒子性,光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),波動(dòng)性越顯著.光的波長(zhǎng)越短,其頻率越高,其光子的能量越大,個(gè)別或少數(shù)光子作用就足以引起光接收裝置的反應(yīng),所以其粒子性就很顯著,故選項(xiàng)C正確.答案:C鞏固練習(xí)1:關(guān)于光的本性,下列說(shuō)法中正確的是()A.關(guān)于光的本性,牛頓提出微粒說(shuō),惠更斯提出波動(dòng)說(shuō),愛(ài)因斯坦提出光子說(shuō),它們都說(shuō)明了光的本性B.光具有波粒二象性是指:既可以把光看成宏觀概念上的波,也可以看成微觀概念上的粒子C.光的干涉?衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性,光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性D.光的波粒二象性是將牛頓的微粒說(shuō)和惠更斯的波動(dòng)說(shuō)真正有機(jī)統(tǒng)一起來(lái)的解析:光具有波粒二象性是現(xiàn)代物理學(xué)說(shuō)關(guān)于光的本性的認(rèn)識(shí),光的波粒二象性不同于牛頓的微粒說(shuō)和惠更斯的波動(dòng)說(shuō),是愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)和麥克斯韋的電磁說(shuō)的統(tǒng)一.光的干涉?衍射現(xiàn)象說(shuō)明光具有波動(dòng)性,光電效應(yīng)說(shuō)明光具有粒子性,故A?B?D選項(xiàng)錯(cuò)誤,C選項(xiàng)正確.答案:C二?德布羅意波的理解和計(jì)算例2:下列說(shuō)法中正確的是()A.物質(zhì)波屬于機(jī)械波B.只有像電子?質(zhì)子?中子這樣的微觀粒子才具有波動(dòng)性C.德布羅意認(rèn)為,任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體,小到電子?質(zhì)子,大到行星?太陽(yáng)都具有一種波和它對(duì)應(yīng),這種波稱(chēng)為物質(zhì)波.D.宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí),看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象,所以宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)不具有波動(dòng)性解析:物質(zhì)波是一切運(yùn)動(dòng)著的物體所具有的波,與機(jī)械波性質(zhì)不同,宏觀物體也具有波動(dòng)性,只是干涉?衍射現(xiàn)象不明顯,看不出來(lái),故只有C選項(xiàng)正確.答案:C鞏固練習(xí)2:如果一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)量為10g的子彈都以103m/s的速度運(yùn)動(dòng),則它們德布羅意波的波長(zhǎng)分別是多少?(中子的質(zhì)量為1.67×10-27kg)答案:(1)4.0×10-10m6.63×10-35m1.對(duì)光的行為,下列說(shuō)法正確的是()A.個(gè)別光子的行為表現(xiàn)為粒子性,大量光子的行為表現(xiàn)為波動(dòng)性B.光的波動(dòng)性是光的一種特性,不是光子之間的相互作用引起的C.光表現(xiàn)出波動(dòng)性時(shí),就不具有粒子性了,光表現(xiàn)出粒子性時(shí),就不具有波動(dòng)性了D.光的波粒二象性應(yīng)理解為:在某種場(chǎng)合下光的波動(dòng)性顯著,在另外某種場(chǎng)合下,光的粒子性顯著答案:ABD2.下列說(shuō)法中正確的是()A.質(zhì)量大的物體,其德布羅意波長(zhǎng)小B.質(zhì)量小的物體,其德布羅意波長(zhǎng)小C.動(dòng)量大的物體,其德布羅意波長(zhǎng)小D.速度大的物體,其德布羅意波長(zhǎng)小答案:C3.下列關(guān)于實(shí)物粒子的說(shuō)法中正確的是()A.向前飛行的子彈不具有波動(dòng)性B.射擊運(yùn)動(dòng)員很難命中靶子,是因?yàn)樽訌椌哂胁▌?dòng)性C.飛行的子彈既具有粒子性又具有波動(dòng)性D.飛行的子彈具有波動(dòng)性,但波長(zhǎng)很長(zhǎng)表現(xiàn)不出來(lái)答案:C4.人類(lèi)對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了曲折的過(guò)程,下列關(guān)于光的本性的陳述符合科學(xué)規(guī)律或歷史事實(shí)的是()A.牛頓的“微粒說(shuō)”與愛(ài)因斯坦的“光子說(shuō)”本質(zhì)上是一樣的B.光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)顯示了光具有波動(dòng)性C.麥克斯韋預(yù)言光是一種電磁波D.光具有波粒二象性答案:BCD能力提升5.以下說(shuō)法正確的是()A.物體都具有波動(dòng)性B.抖動(dòng)繩子一端,繩上的波就是物質(zhì)波C.通常情況下,質(zhì)子比電子的波長(zhǎng)長(zhǎng)D.核外電子繞原子核運(yùn)動(dòng)時(shí),并沒(méi)有確定的軌道解析:任何物體都具有波動(dòng)性,故A對(duì);對(duì)宏觀物體而言,其波動(dòng)性難以觀測(cè),我們看到的繩波是機(jī)械波,不是物質(zhì)波,故B錯(cuò).電子的動(dòng)量往往比質(zhì)子小,由λ=知,電子的波長(zhǎng)長(zhǎng),故C錯(cuò).核外電子繞核運(yùn)動(dòng)規(guī)律是概率的問(wèn)題,無(wú)確定的軌道,故D對(duì).答案:AD6.(2007·上海高考)光通過(guò)各種不同的障礙物后會(huì)產(chǎn)生各種不同的衍射條紋,衍射條紋的圖樣與障礙物的形狀相對(duì)應(yīng),這一現(xiàn)象說(shuō)明()A.光是電磁波 B.光具有波動(dòng)性C.光可以攜帶信息D.光具有波粒二象性解析:光能發(fā)生衍射,說(shuō)明光具有波動(dòng)性,故B正確,衍射圖樣與障礙物的形狀對(duì)應(yīng),說(shuō)明了衍射圖樣中包含了障礙物的信息,故C正確,光是電磁波,也具有波粒二象性,但不是衍射這一現(xiàn)象所說(shuō)明的,故A?D錯(cuò)誤.答案:BC解析:由于粒子源產(chǎn)生的粒子是微觀粒子,它的運(yùn)動(dòng)受波動(dòng)性支配,對(duì)大量粒子的運(yùn)動(dòng)到達(dá)屏上的某點(diǎn)的概率,可以用波的特征進(jìn)行描述,即產(chǎn)生雙縫干涉,在屏上將看到干涉條紋,故B正確.答案:B7.顯微鏡觀看細(xì)微結(jié)構(gòu)時(shí),由于受到衍射現(xiàn)象的影響而觀察不清,因此觀察越細(xì)小的結(jié)構(gòu),就要求波長(zhǎng)越短,波動(dòng)性越弱.在加速電壓值相同的情況下,電子顯微鏡與質(zhì)子顯微鏡的分辨本領(lǐng),下列判定正確的是()A.電子顯微鏡分辨本領(lǐng)較強(qiáng)B.質(zhì)子顯微鏡分辨本領(lǐng)較強(qiáng)C.兩種顯微鏡分辨本領(lǐng)相同D.兩種顯微鏡分辨本領(lǐng)不便比較解析:帶電粒子經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)后,獲得一定的動(dòng)量,從而具有一定物質(zhì)波波長(zhǎng),顯微鏡的分辨本領(lǐng),隨著物質(zhì)波的波長(zhǎng)的減小而增大,