光具有波与粒子二象性
高中物理第十七章波粒二象性3粒子的波动性学案新人教版选修35
3 粒子的波动性一、光的波粒二象性1．光的本性光能够发生干涉、衍射现象，说明光具有波动性；光电效应和康普顿效应表明光具有粒子性．即光具有波粒二象性．2．光子的能量和动量能量表达式：ε＝hν，动量表达式：p＝hλ.3．h的意义能量和动量是描述物质的粒子性的重要物理量，波长和频率是描述物质的波动性的典型物理量，表达式中左边是粒子性、右边是波动性，是h起了重要作用，架起了波动性和粒子性的桥梁．光具有波动性是否说明光就是我们宏观意义上的波？提示：不是．光具有粒子性，也具有波动性，所以我们说光具有波粒二象性，这里的粒子不是我们平时所说的粒子，同样这里的波也不是我们宏观意义上的波．二、粒子的波动性1．物质的分类物理学中把物质分为两类，一类是分子、原子、电子、质子及由这些粒子组成的物质；另一类是场，像电场、磁场、电磁场这种看不见的，不是由实物粒子组成的，而是一种客观存在的特殊物质． 2．德布罗意波任何一种实物粒子都和一个波相对应，这种波被称为德布罗意波，也叫物质波． 3．物质波的波长和频率波长公式：λ＝h p ，频率公式：ν＝εh. 三、物质波的实验验证晶体做了电子束演示实验，得到了明显的衍射图样，从而证实了电子的波动性．德布罗意认为任何运动着的物体均有波动性，可是我们观察运动着的汽车(如图所示)，并未感到它的波动性．你如何理解该问题？请与同学交流自己的看法．提示：一切微观粒子都存在波动性，宏观物体(汽车)也存在波动性，只是因为宏观物体质量大、动量大、波长短，难以观测．考点一 光的波粒二象性1．对光的本性认识的几个阶段 学说 名称 微粒说波动说电磁说光子说 波粒 二象性 代表 人物牛顿 惠更斯 麦克斯韦 爱因 斯坦 公认实验 依据光的直线 传播、光 的反射光的干 涉、衍射能在真空中传 播，是横波，光光电效应、 康普顿 效应光既有波 动现象，又 有粒子特征速等于电磁波速度内容要点光是一群弹性粒子光是一种机械波光是一种电磁波光是由一份一份光子组成的光是具有电磁本性的物质，既有波动性又有粒子性理论领域宏观世界宏观世界微观世界微观世界微观世界光的波动性光的粒子性实验基础干涉、衍射光电效应、康普顿效应含义光的波动性是光子本身的一种属性，它不同于宏观的波，它是一种概率波，即光子在空间各点出现的可能性大小(概率)可用波动规律描述：(1)足够能量的光(大量光子)在传播时，表现出波的性质．(2)频率低，波长长的光，波动性特征显著.粒子的含义是“不连续”“一份一份”的，光的粒子即光子，不同于宏观概念的粒子，但也具有动量和能量．(1)当光同物质发生作用时，表现出粒子的性质．(2)少量或个别光子易显示出光的粒子性．(3)频率高，波长短的光，粒子性特征显著．二象性(1)光子说并没有否定波动性，E＝hν中，ν表示光的频率，表示了波的特征．光既具有波动性，又具有粒子性，波动性和粒子性都是光的本身属性，只是在不同条件下的表现不同．(2)只有用波粒二象性，才能统一说明光的各种行为.【例1】关于光的波粒二象性，下列说法中不正确的是( )A．波粒二象性指光有时表现为波动性较明显，有时表现为粒子性较明显B．光波频率越高，粒子性越明显C．能量越大的光子，其波动性越显著D．个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性结合波粒二象性的相关理论进行判断即可．【答案】 C【解析】波粒二象性指光有时候表现出的粒子性较明显，有时候表现出的波动性较明显；个别光子易表现出粒子性，大量光子易表现出波动性，A、D说法正确．光的频率越高，能量越高，粒子性相对波动性越明显，B说法正确，C说法错误．总结提能本题主要考查对波粒二象性的相关概念的理解，属于较简单的题目，我们通过对教材的熟悉就可以掌握相关概念．有关光的本性，下列说法正确的是( D )A．光既具有波动性，又具有粒子性，两种性质是不相容的B．光的波动性类似于机械波，光的粒子性类似于质点C．大量光子才具有波动性，个别光子只具有粒子性D．由于光既具有波动性，又有粒子性，无法只用其中一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性解析：光既具有波动性，又具有粒子性，但它又不同于宏观观念中的机械波和粒子．波动性和粒子性是光在不同情况下的不同表现，是同一客体的两个不同侧面、不同属性，我们无法用其中的一种去说明光的一切行为，只能认为光具有波粒二象性．考点二物质波的理解和有关计算1．物质的分类：物理学中把物质分为两类，一类是分子、原子、电子、质子及由这些粒子组成的物质；另一类是场，像电场、磁场、电磁场这种看不见的，不是由实物粒子组成的，而是一种客观存在的特殊物质．2．任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物体的波动性，是因为宏观物体对应的波长太小的缘故．3．德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波．4．德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．5．对于光，先有波动性(即ν和λ)，再在量子理论中引入光子的能量ε和动量p 来补充它的粒子性．反之，对于实物粒子，则先有粒子概念(即ε和p )，再引入德布罗意波(即ν和λ)的概念来补充它的波动性．不过要注意这里所谓波动性和粒子性，仍然都是经典物理学的概念，所谓补充仅是形式上的．综上所述，德布罗意的推想基本上是爱因斯坦1905年关于光子的波粒二象性理论(光粒子由波伴随着)的一种推广，使之包括了所有的物质微观粒子．【例2】 武汉综合新闻网2010年8月21日报道：近日，一种发源于南亚没有抗生素可以抵御的“超级细菌”成为社会关注的热点．假若一个细菌在培养器皿中的移动速度为 3.5 μm/s，其德布罗意波长为1.9×10－19m ，试求该细菌的质量．【答案】 1.0×10－9kg【解析】 由公式λ＝h p得该细菌的质量为m ＝p v ＝h vλ＝ 6.626×10－343.5×10－6×1.9×10－19kg ＝1.0×10－9kg.德布罗意认为，任何一个运动着的物体，都有一种波与它对应，波长是λ＝h p，式中p 是运动物体的动量，h 是普朗克常量．已知某种紫光的波长是440 nm ，若将电子加速，使它的德布罗意波长是这种紫光波长的1104.求：(1)电子的动量大小；(2)试推导加速电压跟德布罗意波长的关系，并计算加速电压的大小(电子质量m ＝9.1×10－31kg ，电子电荷量e ＝1.6×10－19C ，普朗克常量h ＝6.6×10－34J·s，加速电压的计算结果取1位有效数字)．答案：(1)1.5×10－23kg·m/s(2)U ＝h 22emλ2 8×102V解析：(1)由λ＝h p得电子的动量大小p ＝h λ＝ 6.6×10－34440×10－9×10－4kg·m/s ＝1.5×10－23kg·m/s(2)设加速电压为U ，由动能定理得eU ＝12mv 2而12mv 2＝p 22m ，所以U ＝p 22em ＝h 22emλ2 代入数据得加速电压的大小U ＝8×102V重难疑点辨析对牛顿“微粒说”与爱因斯坦“光子说”的区分光的本性的探究过程是人类对物理现象及物理规律不断认识、提高、再认识、再提高的反复过程，经历了肯定、否定、否定之否定的循环，科学家们利用他们的聪明智慧和不断探究，经历了激烈的大论战，历时数千年，终于形成今天对光的比较深刻的认识．我们在学习过程中既要熟记重要的物理学史，又要学习科学家们勇于探索、追求真理的精神．【典例】 (多选)人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是( )A ．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B ．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C ．麦克斯韦预言了光是一种电磁波D ．光具有波粒二象性【解析】 牛顿的“微粒说”认为光是一种物质微粒，爱因斯坦的“光子说”认为光是一份一份不连续的能量，显然A 错．干涉、衍射是波的特性，光能发生干涉说明光具有波动性，B 正确．麦克斯韦根据光的传播不需要介质，以及电磁波在真空中的传播速度与光速近似相等认为光是一种电磁波，后来赫兹用实验证实了光的电磁说，C正确．光具有波动性与粒子性，称为光的波粒二象性，D正确．【答案】BCD惠更斯的波动说与牛顿的微粒说由于受传统宏观观念的影响，都试图用一种观点去说明光的本性，因而它们是相互排斥、对立的两种不同的学说．麦克斯韦的光的电磁说与爱因斯坦的光子说是对立的统一体，揭示了光的行为的二重性：既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性．1．下列说法中正确的是( C )A．物质波属于机械波B．只有像电子、质子、中子这样的微观粒子才具有波动性C．德布罗意认为任何一个运动的物体，小到电子、质子、中子，大到行星、太阳都有一种波与之相对应，这种波叫物质波D．宏观物体运动时，看不到它的衍射和干涉现象，所以宏观物体运动时不具有波动性解析：任何一个运动的物体都具有波动性，但因为宏观物体的德布罗意波波长很短，所以很难看到它的衍射和干涉现象，所以C项对，B、D项错．物质波不同于宏观意义上的波，故A项错．2．(多选)表中列出了几种不同物体在某种速度下的德布罗意波长和频率为1 MHz的无线电波的波长，根据表中数据可知( ABC )质量/kg 速度/m·s－1波长/m 弹子球 2.0×10－2 1.0×10－2 3.3×10－30电子(100 eV)9.1×10－31 5.0×106 1.2×10－10无线电波(1 MHz)— 3.0×108 3.0×102B．无线电波通常只能表现出波动性C．电子照射到金属晶体上能观察到它的波动性D．只有可见光才有波粒二象性解析：弹子球的波长太小，所以检测其波动性几乎不可能，A正确；无线电波波长较长，所以通常表现为波动性，B正确；电子波长与金属晶体尺度相近，所以能利用金属晶体观察电子的波动性，C正确；由物质波理论知，D错误．3．2002年诺贝尔物理学奖中的一项是奖励美国科学家贾科尼和日本科学家小柴昌俊发现了宇宙X 射线源．X 射线是一种高频电磁波，若X 射线在真空中的波长为λ，h 表示普朗克常量，c 表示真空中的光速，以E 和p 分别表示X 射线每个光子的能量和动量，则( D )A ．E ＝hλc，p ＝0 B ．E ＝hλc ，p ＝hλc 2 C ．E ＝hc λ，p ＝0D ．E ＝hc λ，p ＝h λ解析：根据E ＝hν，且λ＝h p ，c ＝λν可得X 射线每个光子的能量为E ＝hc λ，每个光子的动量为p ＝h λ.4．紫外线光子的动量为hνc.一个静止的O 3吸收了一个紫外线光子后( B ) A ．仍然静止B ．沿着光子原来运动的方向运动C ．沿与光子运动方向相反的方向运动D ．可能向任何方向运动解析：由动量守恒定律知，吸收了紫外线光子的O 3分子与光子原来运动方向相同．故正确选项为B.5．(多选)利用金属晶格(大小约10－10m)作为障碍物观察电子的衍射图样，方法是让电子通过电场加速后，让电子束照射到金属晶格上，从而得到电子的衍射图样，如图所示．已知电子质量为m ，电荷量为e ，初速度为0，加速电压为U ，普朗克常量为h ，则下列说法中正确的是( AB )A ．该实验说明了电子具有波动性B ．实验中电子束的德布罗意波的波长为λ＝h2meUC ．加速电压U 越大，电子的衍射现象越明显D ．若用相同动能的质子替代电子，衍射现象将更加明显解析：得到电子的衍射图样，说明电子具有波动性，故A 项正确；由德布罗意波波长公式λ＝h p，而动量p ＝2mE k ＝2meU ，所以λ＝h 2meU ，B 项正确；从公式λ＝h2meU可知，加速电压越大，电子波长越小，衍射现象就越不明显；用相同动能的质子替代电子，质子的波长变小，衍射现象相比电子不明显，故C 、D 项错误．。
高二物理《波粒二象性》知识点波粒二象性知识点总结
高二物理《波粒二象性》知识点波粒二象性知识点
总结
波粒二象性是指光和物质粒子既可以表现出波动性，也可以表现出粒子性的特征。
光的波动性：
1. 光可以传播并产生干涉、衍射、反射和折射等现象。
2. 光的波长和频率与其能量和颜色有关。
3. 光的波长越短，频率越高，能量越大。
光的粒子性（光子）：
1. 光的能量以离散的量子形式存在，称为光子。
2. 光子的能量由其频率确定，E = hf，其中h为普朗克常数。
3. 光子具有动量，p = hf/c，其中c为光速。
4. 光子与物质粒子之间可以发生相互作用。
物质粒子的波动性：
1. 物质粒子（如电子、中子和质子等）具有波动性，其波长由物质粒子的动量确定，λ= h/p。
2. 物质粒子的波长越短，动量越大，能量越高。
物质粒子的粒子性：
1. 物质粒子具有质量和电荷等属性，可在空间中定位并与其他粒子相互作用。
2. 物质粒子的运动具有定向性和速率，可以经历加速、碰撞、反弹和传递动量等过程。
波粒二象性的实验验证：
1. 双缝干涉实验：将光束通过双缝，观察在屏幕上出现的干涉条纹。
2. 非弹性散射实验：通过向物质粒子轰击金属原子等，观察其与原子发生相互作用的现象。
3. 康普顿散射实验：观察到X射线与物质粒子碰撞后发生能量和动量的转移。
波粒二象性的意义：
波粒二象性的发现和理解深化了我们对物质和能量本质的认识。
它为解释光电效应、康普顿散射以及粒子的衍射和干涉等现象提供了理论基础，并在量子力学的发展中起到了重要的作用。
高中物理光的粒子性波粒二象性
四、物质波：（德布罗意波） 1、机械波、电磁波、物质波是三种性质的波。
2、物质波：任何具有质量和速度的实物粒子也有波粒二 象性。
λ=
h P
=
h mv
五、牛顿力学的局限性：
牛顿三个定律只适用于宏观低速物体，对微观粒子和宏 观高速物体不适用。
（4）当…………………：光电流的强度与入射光的强度 成正比。
3、证明了：光有粒子性。
二、光子说：
1、爱因斯坦提出的。 2、内容：在空间传播的光是不连续的，而是一份一份的， 每一份叫一个光子。
一个光子的能量：E=hγ 3、价值：光子说能完满地解释光电效应。
4、爱因斯坦的光电方程：
（1）逸出功：（w）金属表面的电子逸出时要克服原子 核的引力而做的功。 （2）最大初动能：EK =hγ-w 5、光电管：
把光信号转化成电信号的元件。
例1：已知:如图,当开关S断开时,用光子能量为2.5eV的一 束光照射阴极P,发现电流表读数不为零。合上开关，调节 滑动变阻器，发现当电压表读数小于0.6V时，电流表读数 仍不为零；当电压表读数大于或等于0.6V时，电流表读数 为零。由此可知阴极材料的逸出功为：（ ）
（A）1.9eV （B）0.6eV
（C）2.5eV
（D）3.1eV
例2、真空中有一平行板电容器，两极板分别由铂和钾
（其极限波长分别为λ1 和λ2 ）制成，极板面积为S，间距 为d。现用波长为λ（ λ1 <λ<λ2 ）的单色光持续照射两极 板内表面，则电容器的最终带电量Q正比于:( )
( ) （A）
s λ2-λ d λ·λ2
光的波粒二象性
光的波粒二象性作为被列入世界上十大经典物理实验之一的双缝实验，让很多物理学家和科学家们伤透脑筋。
双缝实验是一种光学实验，大家一起往下看吧。
在量子力学里，双缝实验是一种演示光子或电子等等微观物体的波动性与粒子性的实验。
双缝实验是一种“双路径实验”。
在这种更广义的实验里，微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径，从初始点抵达最终点。
这两条路径的程差促使描述微观物体物理行为的量子态发生相移，因此产生干涉现象。
另一种常见的双路径实验是马赫-曾德尔干涉仪实验。
双缝实验还被列入了世界十大经典物理实验之中，但是有人却认为双缝实验十分的难以理解。
如果电子是互不干涉地运动，穿过双缝落到黑板上是两道痕迹。
如果电子是以波的形式运动，由于波之间存在干涉，穿过双缝落到黑板上是一道道痕迹。
一开始实验表明电子以波的形式运动。
即使一个个电子发射，黑板上还是一道道痕迹。
于是科学家想知道为什么一个个电子发射也会有波的现象，于是将高速摄像机对准双缝以便观察。
重点来了：当想进一步观察时，粒子却是是互不干涉地运动，穿过双缝落到黑板上是两道痕迹!!!双缝实验，著名光学实验，在1807年，托马斯·杨总结出版了他的《自然哲学讲义》，里面综合整理了他在光学方面的工作，并在里面第一次描述了双缝实验：把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面，这样就形成了一个点光源(从一个点发出的光源)。
现在在纸后面再放一张纸，不同的是第二张纸上开了两道平行的狭缝。
从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上，就会形成一系列明、暗交替的条纹，这就是现在众人皆知的双缝干涉条纹。
试验本身没什么问题，证明了光有波粒二象性，但是科学家们想观察清楚如何会这样，于是他们在微观层面上来观察，架设高速摄像机，观察光子是如何一个一个通过缝隙形成波干涉的，这时候神奇的事情出现了，光子波的特性消失了!又变成人类最容易理解的粒子，只出现了两条条纹。
这才引出了超级可怕和诡异的电子双缝干涉实验和后来石破天惊的的“延迟选择实验”，给整个人类带来了前所未有的思想冲击。
光的衍射和波粒二象性教案光的衍射和波粒二象性的分析和实验方法
光的衍射和波粒二象性教案光的衍射和波粒二象性的分析和实验方法光的衍射和波粒二象性的分析和实验方法光的衍射和波粒二象性是光学和量子物理学中的两个重要概念。
本文将分析光的衍射现象以及波粒二象性的实验方法，并探讨它们在科学研究和实际应用中的重要性。
一、光的衍射现象分析光的衍射是指光通过有限宽度的孔或者物体边缘时，会产生一种出现在衍射屏上的波纹现象。
这种现象证明了光既具有波动性又具有粒子性。
光的波动性表现在光通过狭缝或者物体边缘时会发生衍射，而粒子性表现在观察到的光点的集中程度。
在实验中，可以使用单缝衍射和双缝衍射来观察光的衍射现象。
在单缝衍射实验中，将光通过一个狭缝照射到屏幕上，可以观察到中央明亮的主极大和两侧模糊的副极大。
而在双缝衍射实验中，光通过两个狭缝照射到屏幕上，会观察到一系列明暗相间的条纹，这被称为干涉条纹。
二、波粒二象性的实验方法波粒二象性是指微观粒子（如光子和电子）既可以表现为波动性，又可以表现为粒子性。
根据德布罗意波动假设，任何物质粒子都具有波动性，其波长为λ=h/p，其中h为普朗克常数，p为粒子的动量。
为了验证波粒二象性，进行了许多经典实验。
其中著名的实验包括光电效应实验和干涉实验。
在光电效应实验中，将光照射到金属表面，观察到金属会发射出电子。
根据经典的粒子理论，预计提高光的强度就可以增加金属表面电子的动能。
然而，实验结果显示，只有当光的频率超过一定阈值时，才能观察到光电效应。
这个现象只能通过将光看作粒子的解释来解释，即光子的能量由其频率而不是强度决定。
另一个重要的实验是干涉实验。
在Young双缝干涉实验中，通过两个间距很小的缝隙，光通过之后在屏幕上形成一系列明暗相间的干涉条纹。
由于光的波动性，可以解释为波之间的干涉造成的。
然而，当把实验重复进行，但只发射一个光子时，仍然能观察到条纹的出现。
这意味着光也具有粒子性，每个光子独立地与屏幕上的分子相互作用。
三、光的衍射和波粒二象性的重要性光的衍射和波粒二象性的研究对科学研究和实际应用有着重要的意义。
《光的波粒二象性》课件
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光的衍射：指光波在传播过程中遇 到障碍物时，光波发生弯曲绕过障 碍物的现象，形成衍射条纹。
联系：干涉和衍射都是光波的波动 性的表现，两者在某些情况下是难 以区分的。
光的偏振
偏振光的概念
光的偏振：光在传播 过程中，其电矢量在 垂直于传播方向的平 面内做有规律的振动
光的波粒二象性
汇报人：
目录
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01
光的干涉与衍射
04
光的本质
光的偏振
02
05
光的波粒二象性
光的量子性
03
06
添加章节标题
光的本质
光的定义
光是一种电磁 波，具有波粒
二象性
光的波长范围 很广，从无线 电波到伽马射
线
光的传播速度 是每秒约30万
公里
光的能量与频 率成正比，与
波长成反比
光的传播方式
量子计算：利用光的波粒二象性进 行量子计算
光的干涉与衍射
光的干涉现象
光的干涉：当两束光相遇时，会发生干涉现象，形成明暗相间的条纹
干涉条纹：干涉条纹的间距、亮度和形状与光的波长、频率和相位有关
干涉原理：光的干涉是由于光的波动性引起的，当两束光相遇时，它们的波峰和波谷相互叠加，形 成干涉条纹
量子光学的研究意义和价值
量子光学是研究光的量子性质及其应用的学科，具有重要的科学意义。 量子光学的研究成果可以应用于量子通信、量子计算等领域，具有重要的应用价值。 量子光学的研究可以推动量子技术的发展，为未来的科技进步提供新的动力。 量子光学的研究可以加深我们对光的本质和宇宙的认识，具有重要的哲学意义。
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汇报人：Biblioteka 偏振光与干涉、衍射的关系干涉：两束偏振光相遇时，振 动方向相同的部分叠加，振动 方向相反的部分抵消
【人教版】物理选修3-5：17.3《粒子的波动性》(附答案)
一、光的波粒二象性 1．光的波粒二象性 光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。
2．光子的能量和动量 (1)能量：ε＝ hv 。
h (2)动量：p＝ λ 。 (3)意义：能量 ε 和动量 p 是描述物质的粒子性的重要物 理量；波长 λ 和频率 ν 是描述物质的波动性的典型物理量。
因此 ε＝ hv 和 p＝hλ揭示了光的粒子性和波动性之间的密切 关系，普朗克常量 h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁。
C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性
越显著
D．光的干涉、衍射现象说明光具有波动性，光电效应说明
光具有粒子性
[思路点拨] 解答本题应注意以下三个方面：
(1)光子与实物粒子的区别。
(2)光的波粒二象性是光的本性。
(3)光显示波动性或粒子性是有条件对应的。
[解析] 一切光都具有波粒二象性，光的有些行为(如干涉、 衍射)表现出波动性，光的有些行为(如光电效应)表现出粒子性， 所以不能说有的光是波，有的光是粒子，A 错误；虽然光子和电 子都是微观粒子，都具有波粒二象性，但电子是实物粒子，有静 止质量，光子不是实物粒子，没有静止质量，电子是以实物形式 存在的物质，光子是以场形式存在的物质，所以不能说光子和电 子是同样的一种粒子，B 错误；波长长，容易发生干涉、衍射， 波动性强，反之，波长短，光子能量大，粒子性强，C 正确；干 涉、衍射是波特有的现象，光电效应说明光具有粒子性，D 正确。
对光的波粒二象性的理解
1．对光的本性认识史 人类对光的认识经历了漫长的历程，从牛顿的光的微粒 说、托马斯·杨和菲涅耳的波动说，从麦克斯韦的光的电磁说 到爱因斯坦的光子说。直到二十世纪初，对于光的本性的认识 才提升到一个更高层次，即光具有波粒二象性。
光的波粒二象性的意义
光的波粒二象性的意义光的波粒二象性是说光有波动性，同时存在粒子性。
正如物质元素的酸碱性，没有绝对的酸性物质，也没有绝对的碱性物质，强酸物质也具有碱性，强碱物质也具有酸性，任何物质都是酸性与碱性的“矛盾体”。
所以，光的波粒二象性的发现是物理学的一个重大飞跃性发现，象征着我们的物理学即将彻底告别一切孤立的和绝对的事物。
波动性和粒子性是物质两种不同运动所具有的特性。
波动性表现的是物质的空间性和整体性，粒子性表现的是物质的相对性和孤立性，相对性必须存在于统一性之中。
这就是说，空间物质与物体物质是连续的存在。
由于把空间视为绝对空间，爱因斯坦过于倾向于光的粒子性，忽略了光的空间性，他在对光电现象的解释中，把光线视为一粒接一粒以光速c运动的“光粒子”，显然存在一些瑕疵。
既然把波传递的能量视为一粒接一粒的“光粒子”，那么传递能量的波就不是“真空”，根据波的产生条件，空间是可传递能量的弹性介质，就是说，在一粒一粒的“光子”之间存在着连续的“暗物质”，空间是连续的光物质空间，把波动传播的能量直接视为质量的传播，而不考虑两种不同状态的运动所传播的“东西”不同，尽管物质的质量和能量间存在一定的内在关系，但这绝不意味着就可以“波”“粒”不分，就像我们不能因为事物都有“两重性”而好坏不分一样。
因为波传递的是能量，空间物质只存在震动和变形，不存在被传递，所以考虑“光子”运动速度方向的“动量”显然是不合适的。
在光电现象中，就吸收波能量的自由电子的运动来讲，自由电子吸收了一个“光子”的能量不是顺光线方向而动，反是“迎光线而动”溢出物体表面，这也是一个难以解释的小瑕疵。
因此，我们可以把光线视为一粒接一粒以光速运动的“光子”，但由于光的波动性，频率为υ的单色光的平均能流密度S为：S = n hυ/2式中n单位时间通过单位面积的光子数n 。
上式去掉1/2 ，就完全否认了光的波动性。
所以，一个“光子”使自由电子的能量变化是周期性的，当“光子”接触到自由电子，前1/2周期使电子能量增加，达到最大增大值hυ后，在后1/2周期减小为原来状态的零增大，这样才不至于自由电子的能量持续增大。
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• 黑體表面雖然不會反射落於其 上的光，但固定溫度的黑體， 還是會放出輻射，否則黑體的 能量便會愈來愈高，而無法維 持平衡。
• 黑體輻射出來的光譜僅和空腔 的平衡溫度有關，而與空腔的 材質或形狀大小無關，即輻射 出的能量與波長分布曲線隨溫 度而變。
量子論的開端
• 十九世紀末時，黑體熱輻射的現象無法以當時的物理學予以 完整的解釋。
度增加而增加。
同一個黑體，其輻射總 能量隨溫度升高而增加。
電量的量子化
• 十九世紀末，湯姆森和密立坎發現了物體 的帶電量總是某一基本電量的整數倍，電 的現象不再如以往被認為是具有連續性的。 電量是基本電荷整數倍的性質，稱為電量 的量子化。
一個電子電量
= −1.6 × 10−19
電子
原子核
E＝n (hν)
1905年愛因斯坦提出光的粒子學說： 光是由一個個光量子組成，具有粒子的特性，稱為光子。 光子的能量和光頻率成正比，頻率愈大的電磁波，光子的能量愈大。
光子能量 E＝hf
普朗克常數 h =
6.63 × 10−34 焦耳．秒
光子說的特性
• 光子的能量：E＝hν＝
hc ＝12400
(埃)
(eV )
• 增加光的強度即增加光子的數目，更 多的光子與電子碰撞可產生更多的光 電子。
• 1921年愛因斯坦因為光子假說完整解 釋光電效應，因此獲得諾貝爾物理獎。
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光電效應的應用
數立相機內部的電荷藕荷元件(CCD) ： 可取代傳統底片的感光晶片。
光電效應是指物質吸收光子，並激發出自由電子的現象。 當金屬表面在特定光輻照作用下，金屬表面會吸收光子，
並且發射出電子，發射出來的電子叫做光電子。
光電子在導線中運動，形成的電流稱為光電流。 金屬板產生光電效應，釋放出帶負電的電子，因此金屬板
帶正電。
光的波長需小於某一臨界值(相等於光的頻率高於某一臨 界值)時，才能發射電子，產生光電效應， 此時的臨界波長，稱為底限波長； 此時的頻率，稱為底限頻率(f0)。
低限頻率的大小和金屬材質有關。
若照射射光的頻率小於低限頻率，不論光的強度多大或 照射時間多久，都不會產生光電流。
只要照射光的頻率大於低限頻率，即使光的強度微弱， 也能立即產生光電流。
光源頻率與光電子
• 如果用較低頻率的光源照射金屬，無 法激發光電子，所以無法產生光電流。
光源頻率與光電子
h ＝ 普朗克常數（6.63 × 10−34 焦耳．秒） ν＝ 物體內帶電粒子的振動頻率，也是吸收或放出的光子能量。
帶電粒子吸收或輻射的能量是
以一個基本能量單位hν進行的， hν稱為一個能量量子的能量，
像這樣能量不連續的現象，稱 為能量量子化。
能量的量子化
• 就像坐輪椅走無障礙設施時，隨著高度上升，其位能 連續增加；
• 即使再加上一支相同的低頻率光源同時照射在金屬板上， 光的強度加倍，但是仍然沒有光電子產生。
光源頻率與光電子
• 入射光頻率須大於某一特定值才能夠屬板上，光的
強度會加倍，產生的光電流也會加倍。 • 此特性依照古典理論無法合理解釋。
愛因斯坦－光子說
• 內容：
• (1) 黑體幅射 • (2) 光電效應 • (3) 物質波 • (4) 原子能階
黑體輻射
黑色與白色
• 理想上： 白色物體為完全反射輻射光， 黑色物體則完全吸收輻射光。
黑體
一個物體能完全吸收所有的輻射光，而完全不產生反射 的物體，即為黑體。
理想的黑體並不存在； 但可以用空腔來模擬黑體。 將空腔的溫度固定，壁上有 一個極小的孔由外界經由小 空進入到空腔後，幾乎沒有 輻射再跑出，即可視為理想 的黑體。
光電子產生的動能和入射光強度無關，但隨著入射光的頻率增加而增 加。 照射紫光產生光電子的動能，比照射藍光產生光電子的動能大。
入射光照射至金屬表面，產生光電子的時間極短，約10－9秒，即幾乎 為照射瞬間隨即產生。
光子說解釋光電效應
• 因此入射光的頻率須大於某一特定值 才能產生光電子，稱為低限頻率，低 限頻率隨被照射的金屬材料而不同。
• 爬樓梯時，若在臺階上稍事停留，其高度呈現不連續， 位能不連續增加，就是一種能量量子化。
量子論的開端
• 物體在任何溫度下，都會因其內部帶電質點做不規則 運動（有加速度）而放出電磁輻射，稱為熱輻射。
連續性與量子化
(a)
(b)
(a) 斜面代表傳統物理學的能量構想， 兔子可在斜坡上任意位置，位能可為任意值；
• 頻率愈大的電磁波，其光子能量愈大。
• 光的強度是正比於每秒鐘通過單位面積的光子數目。
• 光子的能量不可以被分割； 電磁波的能量可以連續地被切割或分配。
• 光子不是被完全吸收，就是完全不被吸收。
• 光子被電子吸收後，其能量全部傳送給一個電子。
光子說解釋光電效應
入射光高於底限頻率時， 照射光強度大，產生光電子數目愈多。 照射光強度弱，產生光電子數目愈少。
(b) 階梯代表能量量子化的想法， 兔子僅可在階梯上，位能不是任意值，為不連續。
量子現象 －光電效應
光電效應實驗的發展
• 光電效應最早是在1887年，由赫茲在研究電磁波時偶然做出。 • 1899年湯姆森進行類似實驗，並了解到光電效應是用光照射到金
屬表面，使金屬裡的自由電子獲得動能 ，使金屬裡的自由電子獲得 動能，從金屬表面脫離出來的一 ，從金屬表面脫離出來的一種現象。 • 1900年赫茲的學生雷納研究光電效應，並測量自金屬脫離出電子 的動能 測量自金屬表面脫離出電子的動能，實驗中，以光表面照射 在真空管內的一金屬板（發射端），可使金屬表面內之電子逸出 （稱為光電子），若在另一面（收集端）接上正電壓，便可將電子 收集，電路中就會有電流（稱為光電流）通過電流計。
能量的量子化
• 西元 1900 年，普朗克 研究熱輻射的問題時發 現電磁波與物質發生交 互作用時，物質吸收或 放出的能量是不連續的， 並且具有吸收或放出的 最小能量單位。
最小能量單位 E = hf
Max Planck
普朗克最先提出能量量 子化的觀念來解釋黑體
輻射。
黑體輻射中最大的能量 強度的電磁波頻率隨溫