波粒二象性
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。
波粒二象性
十九世纪早期由托马斯·杨和奥古斯丁·让·费涅尔所演示的双缝干涉实验为惠更斯的理论提供了实验依据： 这些实验显示，当光穿过格时，可以观察到一个干涉样式，与水波的干涉行为十分相似。并且，通过这些样式可 以计算出光的波长。詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在世纪末叶给出了一组方程，揭示了电磁波的性质。而方程得到 的结果，电磁波的传播速度就是光速，这使得光是一种电磁波的解释被人广泛接受，而惠更斯的理论也得到了重 新认可。
之所以在日常生活中观察不到物体的波动性，是因为他们的质量太大，导致特征波长比可观察的限度要小很 多，因此可能发生波动性质的尺度在日常生活经验范围之外。
早期理论
惠更斯和牛顿的早期光理论
最早的综合光理论是由克里斯蒂安·惠更斯所发展的，他提出了一个光的波动理论，解释了光波如何形成波 前，直线传播。该理论也能很好地解释折射现象。但是，该理论在另一些方面遇见了困难。因而它很快就被艾萨 克·牛顿的粒子理论所超越。牛顿认为光是由微小粒子所组成，这样他能够很自然地解释反射现象。并且，他也 能稍显麻烦地解释透镜的折射现象，以及通过三棱镜将阳光分盛行，根据原子理论的看法，物质都是由微小的粒子——原子构成。比如原本 被认为是一种流体的电，由汤普森的阴极射线实验证明是由被称为电子的粒子所组成。因此，人们认为大多数的 物质是由粒子所组成。而与此同时，波被认为是物质的另一种存在方式。波动理论已经被相当深入地研究，包括 干涉和衍射等现象。由于光在托马斯·杨的双缝干涉实验中，以及夫琅和费衍射中所展现的特性，明显地说明它 是一种波动。
之所以在日常生活中观察不到物体的波动性，是因为他们皆质量太大，导致德布罗意波长比可观察的极限尺 寸要小很多，因此可能发生波动性质的尺寸在日常生活经验范围之外。这也是为什么经典力学能够令人满意地解 释“自然现象”。反之，对于基本粒子来说，它们的质量和尺寸局限于量子力学所描述的范围之内，因而与我们 所习惯的图景相差甚远。
波粒二象性详细阐述
波粒二象性详细阐述波粒二象性是指微观粒子既可以表现出波动性，又可以表现出粒子性的特征。
这一概念是量子力学的基础之一，对于我们理解微观世界的本质起到了重要的作用。
本文将详细阐述波粒二象性的概念、实验验证以及其在科学研究和技术应用中的意义。
一、波粒二象性的概念波粒二象性最早由法国物理学家路易·德布罗意在1924年提出。
他认为，微观粒子如电子、光子等不仅具有粒子的特征，如质量、位置等，还具有波动的特征，如波长、频率等。
这一理论在当时引起了巨大的震动，打破了牛顿力学的经典观念，为量子力学的发展奠定了基础。
二、实验验证为了验证波粒二象性，科学家进行了一系列的实验。
其中最著名的实验是杨氏双缝干涉实验。
在这个实验中，科学家使用一束单色光通过两个狭缝，观察光在屏幕上的分布情况。
结果显示，光通过双缝后，在屏幕上形成了干涉条纹，这表明光具有波动性。
然而，当科学家逐渐减小光的强度，最终到达一个极限时，光的粒子性也开始显现，光在屏幕上形成了一个个离散的光点。
这一实验结果证明了光既具有波动性，又具有粒子性。
除了杨氏双缝干涉实验，还有许多其他实验也验证了波粒二象性。
例如电子的双缝干涉实验、电子衍射实验、康普顿散射实验等。
这些实验结果都表明微观粒子既可以表现出波动性，又可以表现出粒子性。
三、波粒二象性的意义波粒二象性的发现对于我们理解微观世界的本质起到了重要的作用。
它揭示了微观粒子的奇特行为，挑战了经典物理学的观念，推动了量子力学的发展。
波粒二象性的意义主要体现在以下几个方面：1. 解释了实验现象：波粒二象性可以解释一系列实验现象，如干涉、衍射、散射等。
这些实验结果在经典物理学中无法解释，而波粒二象性提供了一个统一的解释框架。
2. 深化了对微观世界的认识：波粒二象性揭示了微观粒子的本质特征，使我们对微观世界有了更深入的认识。
它告诉我们，微观粒子既不是传统意义上的粒子，也不是传统意义上的波动，而是一种既具有波动性又具有粒子性的新型物质。
波粒二象性的解释
波粒二象性的解释波粒二象性是指在微观领域中，物质既具有粒子的特性，又具有波动的特性。
这一概念最早由德国物理学家德布罗意在1924年提出，并在后来的实验证实中得到了证实。
本文将对波粒二象性的解释进行探讨。
1. 波动理论在19世纪末和20世纪初，物理学家们通过对电磁辐射和声波等波动现象的研究，提出了波动理论。
根据波动理论，波动是一种能够传递能量和动量的现象，可以在空间中传播。
而根据经典力学的观点，物质是由粒子组成的，其运动符合牛顿力学的规律。
2. 德布罗意假设根据经典力学的观点，粒子的运动应该是离散的，只能具有粒子的特性。
然而，德布罗意在其博士论文中提出了一个大胆的假设：物质粒子不仅具有粒子的特性，还具有波动的特性。
他认为，对于任何一种物质粒子，如电子或光子，都可以与波动进行类比，其波长与动量之间存在着对应关系。
3. 波粒二象性的实验证实德布罗意的波动假设在实验上得到了验证。
1927年，克里斯滕森和戴维森通过对电子的散射实验证实了电子的波动性。
他们使用晶体作为衍射器，通过观察电子散射的干涉图案，证明了电子具有类似于光波的波动特性。
在后续的实验中，物理学家们还通过对其他粒子的研究，如中子、质子等，也证实了这些粒子具有波动性。
同时，在实验中还发现了一些奇特的现象，如电子的波包现象（即波动性与局部化的结合），以及波的碰撞和干涉等。
4. 波粒二象性的量子力学描述波粒二象性的实验证实使得经典力学的观点不能完全适用于微观领域。
为了描述微观粒子的行为，量子力学应运而生。
量子力学是一种基于波动和粒子性的理论，成功地解释了波粒二象性以及其他微观粒子行为中的种种奇特现象。
根据量子力学的数学表达，物质粒子的运动可以用波函数来描述。
波函数是一个与时间和空间相关的数学函数，它具有波动性质。
通过运算符的作用，可以获得粒子的位置、动量等物理量的概率分布。
这些概率分布在实验中得到了验证，与实际测量结果相吻合。
5. 应用和意义波粒二象性的发现和量子力学的建立，对现代物理学和技术的发展具有重要意义。
波粒二象性解析
波粒二象性解析波粒二象性是量子力学的重要概念之一，指的是微观粒子既可以表现出波动性，又可以表现出粒子性。
这一概念的提出对于解释微观世界的行为起到了关键作用。
本文将对波粒二象性进行解析，并探讨其在物理学中的应用。
1. 波动性解析波动性是指微观粒子具有波动特性，表现为能够发生干涉和衍射等现象。
这种波动特性可以用波函数来描述，在量子力学中，波函数描述了粒子的状态和运动。
根据波动性，微观粒子在空间中的运动会呈现出波纹的形式，同时具有固定的频率和振幅。
2. 粒子性解析粒子性是指微观粒子具有离散的能量和位置，可以在空间中被定位。
根据粒子性，微观粒子具有一定的质量和位置，可以与其他粒子发生相互作用。
粒子性是经典物理学中的概念，而波动性是为了解释微观粒子行为而引入的概念。
3. 波粒二象性的实验基础波粒二象性的实验基础主要来自于光子和电子的实验观察。
例如，双缝干涉实验可以用光子或电子进行。
当光子或电子通过一系列狭缝时，它们将呈现出干涉现象，表现出波动性。
然而，当单个粒子通过时，它们在屏幕上形成离散的点状分布，表现出粒子性。
4. 应用领域波粒二象性在物理学中的应用非常广泛。
它解释了光的衍射、干涉现象，为光学提供了理论基础。
同时，波粒二象性也解释了电子在导体中的传输行为，为电子学和半导体器件的研究提供了基础。
量子力学的发展，以及对于微观粒子行为的解析，也促进了现代科学技术的发展，如量子计算、量子通信等领域。
5. 波粒二象性的哲学思考波粒二象性的存在引发了哲学上的一些思考。
一方面，它挑战了经典物理学中对于物质本质的理解，揭示了微观世界的奇特行为。
另一方面，它也引发了关于观察者对实验结果的影响的讨论，即观察者的存在是否会改变实验结果。
这些哲学思考使得人们对于现实的本质和认识方式产生了更深入的思考。
总结：波粒二象性是量子力学中的重要概念，指微观粒子既表现出波动性又表现出粒子性。
波动性通过波函数描述粒子的状态和运动，而粒子性则使得微观粒子具有离散的能量和位置。
微观粒子的波粒二象性
微观粒子的波粒二象性引言：自从量子力学在20世纪初提出以来，揭示了微观世界中微观粒子的波粒二象性。
这一发现引起了广泛的关注和研究，深刻地挑战了我们传统的对物质的认知和思维方式。
本文将深入探讨微观粒子的波粒二象性，并通过简单明了的例子阐述其意义和运用。
一、波粒二象性的概念波粒二象性是指微观粒子既具有粒子性质，也具有波动性质。
传统的粒子理论认为物质是由粒子组成，而波动理论则认为物质的运动是以波的形式进行的。
量子力学的波粒二象性理论突破了这种二元对立关系，揭示了粒子在某些实验中表现为波动性质的奇特现象。
二、波粒二象性的实验验证1.杨氏双缝实验杨氏双缝实验是最经典的展示波粒二象性的实验之一。
实验中，将一束光通过两个微小的缝隙照射到屏幕上，观察到在屏幕上形成了干涉条纹。
这说明光既具有像粒子一样沿直线传播的特性，又具有像波一样产生干涉现象的特性。
这个实验揭示了光的波粒二象性，引发了对微观粒子的深入研究。
2.电子干涉实验电子干涉实验是对波粒二象性的又一次重要实验验证。
实验中，将电子一束一束地射向狭缝，通过观察到在屏幕上形成干涉条纹，证明了电子同样具有波动性质。
这样的实验结果对传统的固有的粒子观念提出了巨大的挑战。
三、波粒二象性的意义和运用1.量子力学基础波粒二象性的发现成为量子力学发展的基础。
量子力学是研究微观粒子行为的理论，并以波函数为描述形式。
波函数可以描述微观粒子在空间中的概率分布，即波的形态。
波函数的平方模可解释为找到粒子在一定位置的概率。
波粒二象性使得量子力学能够解释粒子在微观尺度上的行为，为理解和研究微观世界奠定了基础。
2.科技应用波粒二象性在科技应用中具有重要意义。
例如，电子显微镜就是利用电子的波动性质来观察微观粒子的显微结构。
通过控制电子的波长，可以获得更高的分辨率，揭示更精细的细节。
此外，量子力学的发展还推动了量子计算和量子通信等新兴技术的诞生和发展。
3.哲学意义波粒二象性的存在对人们关于物质的认知提出了深刻的问题。
物理学中的波粒二象性
物理学中的波粒二象性波粒二象性是指在物理学中，一些粒子（如电子、光子）既具有波动性质，又具有粒子性质的现象。
这一现象是现代物理学中的一个基本概念，对理解微观世界的行为非常重要。
本文将从实验观察、理论解释以及应用三个方面，探讨物理学中的波粒二象性。
一、实验观察实验观察是建立物理学理论的重要基础，对波粒二象性的观察也有着重要的意义。
早期的实验，如普朗克发现能量量子化、爱因斯坦对光电效应的解释等，为波粒二象性的发现奠定了基础。
其后，德布罗意假设提出了把物质粒子看作是波动现象的假设，通过实验验证了波动的性质。
他们的实验表明，电子在双缝实验中，呈现出干涉和衍射的现象，这显著表明了物质粒子的波动性。
同时，干涉和衍射的性质与电子的动量和波长之间存在着关系，从而进一步证实了波粒二象性的存在。
二、理论解释波粒二象性的理论解释主要基于量子力学理论。
根据量子力学的波函数描述，物质粒子被表示为波包，其可以同时具有粒子的离散能量和波动的连续传播。
波包的性质可以通过薛定谔方程来描述。
在波动描述下，物质粒子被看作是一种概率波，其概率分布与波函数的平方成正比。
这种概率波在空间中存在，可以解释实验中的干涉和衍射现象。
另一方面，在粒子描述下，物质粒子被看作是一个离散的“粒子”，其具有质量、动量和能量等特征。
三、应用波粒二象性的认识不仅仅停留在理论研究上，也产生了广泛的实际应用。
例如，基于波粒二象性的电子显微镜相比光学显微镜具有更高的分辨率，可以观察到更小尺度的物质结构。
此外，波粒二象性的研究也在材料科学、能源产业以及信息技术等领域得到了广泛应用。
总结波粒二象性是物理学中的基本概念，揭示了微观世界行为的奥秘。
通过实验观察和理论解释，我们认识到粒子既可以表现出波动性质，又可以表现出粒子性质。
这一认识不仅加深了我们对微观粒子行为的理解，也为科学技术的发展提供了新的可能性。
通过应用波粒二象性的理论，我们可以进一步推动科技的进步和创新，为人类社会带来更多的福祉。
什么是波粒二象性？
什么是波粒⼆象性？波粒⼆象性概念是量⼦⼒学⾥的核⼼概念。
关于波粒⼆象性有些常见的“错误”说法，典型的有：物理对象既是波⼜是粒⼦，物理对象⼀会⼉是波（在某些实验中，如⼲涉、衍射实验中），⼀会⼉是粒⼦（在光电效应实验中）。
粒⼦和波是互相排斥的两种物理图像，粒⼦能处于空间中的有限区域，甚⾄就是个点粒⼦，实际上在物理学中，基本粒⼦是被处理为点粒⼦的。
⽽经典的波动则意味着连续分布，⽐如经典的⽔波，我们认为它充斥或弥漫于整个池塘。
⼀个是点，⼀个是连续，从概念上来说，只要是点就不能是波，或只要是波就不能是粒⼦。
⼀台电⼦显微镜。
这是利⽤了电⼦具有波动性。
那么如何能逻辑地，不⾃相⽭盾地理解什么是波粒⼆象性呢？⾸先在量⼦世界中，物理对象是粒⼦。
但这个粒⼦的运动不是⽤经典⼒学可以描述的，在经典⼒学中粒⼦的运动状态⽤粒⼦的位置和粒⼦的动量描述，并符合⼀个联⽴的运动⽅程。
这个图像很符合我们的⽇常经验，⽐如我们扔出⼀个粉笔，粉笔会在引⼒场中划过⼀个完美的抛物线落在地⾯上。
但可惜的是我们的世界不是这样运⾏的，我们今天还坚持粒⼦的运动是沿着⼀个轨迹的，就是陷在⾃⼰的主观想象⾥没法⾃拔了。
电⼦双缝实验⽰意图。
量⼦世界的基本现实是粒⼦穿过双缝，落在屏上的⼏率分布符合⼀个⾼低起伏的⼲涉图样。
这提⽰我们物理对象是粒⼦，没有⼤⼩，只是⼀个⼏何的点，但这个点的运动却必须⽤⼀个波函数ψ(x)来描述。
我们要想知道这个点的位置就需要⽤位置算符x对这个波函数进⾏运算，我们要知道这个点的动量就⽤动量算符p对这个波函数作运算。
这⾥x，p带⼀个横线分别表⽰的是位置和动量的期望值。
如果我们⼀次制备了很多⼀模⼀样的波函数ψ(x)，我们可以⼀次⼀次地对粒⼦的位置进⾏测量，然后把这些数据汇总，我们发现粒⼦位置取x的⼏率正⽐于ψ(x)绝对值的平⽅。
在量⼦世界中粒⼦的运动⽤波函数随时间变化的关系——薛定谔⽅程——描述，这⾥我们不需要对粒⼦的位置求解微分⽅程，换句话说粒⼦的轨迹消失了，既然平滑如抛物线的轨迹没有了，粒⼦的速度也没法定义了。
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戴维逊--革末实验
三、实物粒子的波粒二象性
2.戴维孙—革末实验
三、实物粒子的波粒二象性
3.类似实验
1927年，汤姆逊电子衍射实验 1960年，C.Jonson的电子双缝干涉实验 后来的实验证明原子、分子、中子等微观粒子也具有 波动性。 德布罗意公式成为揭示微观粒子波－粒二象性的统一性 的基本公式，1929年，De Broglie因发现电子波而荣获Nobel 物理学奖。
（1）经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难 （2）光子理论对康普顿效应的解释
①若光子和外层电子相碰撞，光子有一部分能量传给电 子，散射光子的能量减少，于是散射光的波长大于入射 光的波长。
②若光子和束缚很紧的内层电子相碰撞，光子将与整个 原子交换能量，由于光子质量远小于原子质量，根据碰 撞理论， 碰撞前后光子能量几乎不变，波长不变。 ③因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长 改变和散射角有关。
a o
y
五、不确定度关系（uncertainty relatoin)
2.海森伯不确定关系
1927年海森伯提出：粒子在某方向上的坐标不 确定量与该方向上的动量不确定量的乘积必不小于 普朗克常数。
h x p 4
五、不确定度关系（uncertainty relatoin)
3. 不确定关系的物理意义
例1.一颗质量为10g 的子弹，具有200m· s-1的速率，若其动量的 不确定范围为动量的 0. 01%( 这在宏观范围是十分精确的了 ) ， 则该子弹位置的不确定量范围为多大? 解: 子弹的动量 p mv 0.01 200kg m s 1 2.0kg m s 1 动量的不确定范围
经典力学：运动物体有完全确定的位置、动量、能量等。 微观粒子：位置、动量等具有不确定量（概率）。 屏上各 点的亮度实 际上反映了 粒子到达该 点的概率
激 光 束
像 屏
五、不确定度关系（uncertainty relatoin) x
1、在挡板左侧位置完全不确定 2、在缝处位置不确定范围是 缝宽a=Δx 3、在缝后Ｘ方向有动量， 也是不确定的,Δpx 若减小缝宽：位置的不确定 范围减小，但中央亮纹变宽， 所以Ｘ方向动量的不确定量 变大 入 射 粒 子
一个质量为m的实物粒子以速率v 运动时，即具有以能
量E和动量P所描述的粒子性，同时也具有以频率和波长 所描述的波动性。
德布罗意关系
Eh
＝h P
如电子m=9.110-31Kg，速 度v=5.0107m/s, 对应的德 布罗意波长为：
如速度v=5.0102m/s飞行的子 弹，质量为m=10-2Kg，对应的 德布罗意波长为：
对证实康普顿效应作出了 重要贡献。
吴有训 （1897-1977）
中国近代物理学奠基人
二、光的波粒二象性
1.光子的动量 2 E mc
h m 2 c
E h
h h h P mc 2 c c c
二、光的波粒二象性
2.光是一种概率波
实验结论： a.每个光子落在哪 点是不确定的 b.波动性图像是一 种统计性结果 c.亮纹处光子到达 的概率高，暗纹处 光子到达的概率低 结论： 光是一种概率波 波长长的光波动性强，波长短的粒子性强 大量光子表现的波动性强，少量光子表现的粒子性强
p 0.01% p 1.0 104 2kg m s 1 2.0 104 kg m s 1
由不确定关系式(17-17)，得子弹位置的不确定范围
h 6.63 10 34 31 x m 2 . 6 10 m 4 4 p 4 3.14 2.0 10
困难
光电效应现象 康普顿效应
光子说
一、康普顿效应
1.光的散射
光在介质中与物质微粒相互作用,因而传播方向发生改变, 这种现象叫做光的散射
2.康普顿效应
入射光经过物质散射后波长变长的现象，称为康普顿效应。
一、康普顿效应
3.康普顿散射的实验装置与规律： 现象：
发现散射线中除有与 入射线波长相同的射 线外，还有比入射线 波长更长的射线， 其波长的改变量与散 射角有关，
而与入射线波长 和散 射物质都无关。
一、康普顿效应
3.康普顿散射的实验装置与规律：
波长的偏移只与散射角 有关， 而与散射物质种类及入射的X射线的波长0 无关，
※
0 c (1 cos )
c = 0.0241Å=2.4110-3nm（实验值）
称为电子的Compton波长
只有当入射波长 0 与 c 可比拟时，康普顿效应才显著 ，因此要用 X 射线才能观察到康普顿散射，用可见光 观察不到康普顿散射。
一、康普顿效应
3.康普顿散射的实验装置与规律：
康普顿正在测晶体 对X 射线的散射 按经典电磁理论： 如果入射X光是某 种波长的电磁波， 散射光的波长是不 会改变的！
不确定关系是建立在波粒二象性基础上的一条基本客观规 律，它是波粒二象性的深刻反应，也是对波粒二象性的进一 步描述。 不确定关系是由物质本身固有的特性所决定的，而不是由 于仪器或测量方法的缺陷所造成的。不论测量仪器的精度有 多高，我们认识一个物理体系的精确度也要受到限制。 不确定关系说明经典描述手段对微观粒子不再适用。 不确定关系指明了宏观物理与微观物理的分界线。在某个具 体问题中，粒子是否可作为经典粒子来处理，起关健作用的 是普朗克恒量h的大小。
三、实物粒子的波粒二象性
1.德布罗意物质波假说
能量为E、动量为p的粒子与频率为v、波长为的波 相联系，并遵从以下关系：
E=mc2=hv
这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波(物质波 或概率波),其波长称为德布罗意波长。
一切实物粒子都有波动性
后来，大量实验都证实了：质子、中子和原子、分 子等实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布洛意关 系。 一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？ 质量 m = 0.01kg，速度 v = 300 m/s 的子弹的德布洛意 波长为
一、康普顿效应
3.康普顿效应解释中的疑难 ：
（1）经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难
①根据经典电磁波理论，当电磁波通过物质时，物质中带 电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所 发射的散射光频率应等于入射光频率。 ②无法解释波长改变和散射角关系。
一、康普顿效应
3.康普顿效应解释中的疑难 ：
解：估计一个中学生的质量m≈50kg ，百米跑时速度 v≈7m/s ，则
h 6.631034 m 1.9 1036 m p 50 7
由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难 表现出其波动性。
例题2 (1)电子动能Ek=100eV；
(2)子弹动量p=6.63×106kg.m.s-1, 求德布罗意波长。
解 (1)因电子动能较小，速度较小，可用非相对论公式求 解。
1 2 p Ek mυ , 2 2m
2
5.93 10
24
6
p mυ 2mEk 5.4 10
=1.23Å (2)子弹:
h= 6.63×10-34
h p
= 1.3×10-34m
可见，只有微观粒子的波动性较显著；而宏观粒子(如子 弹)的波动性根本测不出来。
h 1.3 10 25 nm mv
太小测不到！
h 1.4 10 2 nm mv
X射线波段
三、实物粒子的波粒二象性
2.戴维孙—革末实验
1927年，Davisson和Germer 进行了电子衍射实验。 （该实验荣获1937年Nobel 物理学奖）
电子束垂直入射到 镍单晶的水平面上，在 散射方向上探测到一个 强度极大。（可用晶体 对X射线的衍射方法来 分析）
四、氢原子中的电子云
电子云
电子在原子核周围出现的概率密度（出现在某处单 位体积中的概率大小）分布的情况被形象化地叫做电子 云
五、不确定度关系（uncertainty relatoin)
1.光的单缝衍射
若光子是经典粒子,在屏上的落点应在缝的投影之内 由于衍射,落点会超出单缝投影的范围,其它粒子也一样,说明微 观粒子的运动已经不遵守牛顿运动定律,不能同时用粒子的位置和动 量来描述粒子的运动了
第三节
波粒二象性
光的认识过程
牛顿的微粒说
解释 直线传播、反 射、折射 反射、折射、 干涉、衍射 等现象 杨氏干涉 （双孔、双 缝干涉） 光波是电磁波、 且是横波 解释 不清 难点
同时发生反 射和折射
干涉衍射实 验难以实现
惠更斯的波动说
解释
实验
理论分析 实验证实 证实
泊松亮斑
麦克斯韦电磁说
预言
赫兹实验
一、康普顿效应
4.康普顿散射实验的意义 ：
（1）有力地支持了爱因斯坦“光量子”假设； （2）首次在实验上证实了“光子具有动量”的假设； （3）证实了在微观世界的单个碰撞事件中，动量和能 量守恒定律仍然是成立的。 康普顿的成功也不是一帆风顺的， 在他早期的几篇论文中，一直认为散射 光频率的改变是由于“混进来了某种荧 光辐射”；在计算中起先只考虑能量守 恒，后来才认识到还要用动量守恒。 康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。
(1892-1962)美国物理学家
一、康普顿效应
4.康普顿散射实验的意义 ：
中国物理学家吴有训对研究康普顿效应的贡献
1923年,参加了发现康普顿效应的研究工作. 1925—1926年，吴有训用银的X射 线(0 =5.62nm)为入射线, 以15种 轻重不同的元素为散射物质， 0 在同一散射角( 120 )测量各种 波长的散射光强度，作了大量 X 射线散射实验。
计算结果表明，子弹的波长小到实验难以测量的程度。 所以，宏观物体只表现出粒子性。
由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物 体上去，得出物质波（德布罗意波）的概念：任何一个运动 着的物体都有一种波与它对应，该波的波长λ= h / p