波粒二象性,有图有真相
波粒二象性波粒二象性
波粒二象性波粒二象性（wave-particle duality）是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。
波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。
在经典力学中，研究对象总是被明确区分为两类：波和粒子。
前者的典型例子是光，后者则组成了我们常说的“物质”。
1905年，爱因斯坦提出了光电效应的光量子解释，人们开始意识到光波同时具有波和粒子的双重性质。
1924年，德布罗意提出“物质波”假说，认为和光一样，一切物质都具有波粒二象性。
根据这一假说，电子也会具有干涉和衍射等波动现象，这被后来的电子衍射试验所证实。
目录简介历史惠更斯和牛顿，早期光理论费涅尔、麦克斯韦和杨爱因斯坦和光子光电效应方程德布罗意假设玻恩概率波薛定谔方程简介历史惠更斯和牛顿，早期光理论费涅尔、麦克斯韦和杨爱因斯坦和光子光电效应方程德布罗意假设玻恩概率波薛定谔方程展开编辑本段简介波粒二象性（wave-particle duality）是指某物质同时具备波的特质及粒子的特质。
波粒二象性是量子力学中的一个重要概念。
编辑本段历史在十九世纪末，日臻成熟的原子理论逐渐盛行，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。
不过在二十世纪来临之时，这个观点面临了一些挑战。
1905年由阿尔伯特·爱因斯坦研究的光电效应展示了光粒子性的一面。
随后，电子衍射被预言和证实了。
这又展现了原来被认为是粒子的电子波动性的一面。
这个波与粒子的困扰终于在二十世纪初由量子力学的建立所解决，即所谓波粒二象性。
它提供了一个理论框架，使得任何物质在一定的环境下都能够表现出这两种性质。
光的波粒二象性名词解释
光的波粒二象性名词解释
光的波粒二象性指的是光即具有粒子性又具有波动性其中粒子的特性有颗粒性和整体性没有“轨道性”；波动的特性有叠加性没有“分布性”。
一般来说光在传播过程中波动性表现比较显著当光和物质相互作用时粒子性表现显著。
光的这种两重性反映了光的本性。
光的波粒二象性指的是光即具有粒子性又具有波动性,其中,粒子的特性有颗粒性和整体性,没有“轨道性”；波动的特性有叠加性,没有“分布性”。
一般来说,光在传播过程中波动性表现比较显著,当光和物质相互作用时粒子性表现显著。
光的这种两重性,反映了光的本性。
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。
波粒二象性ppt课件
法国物理学家，1929年诺 贝尔物理学奖获得者，波 动力学的创始人，量子力 学的奠基人之一。
他认为，“整个世纪以来（指19世纪） 在光学中比起波动的研究方法来，如果说 是过于忽视了粒子的研究方法的话，那么 在实物的理论中，是否发生了相反的错误 呢？是不是我们把粒子的图象想得太多， 而过分忽略了波的图象呢”
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。
最新课件
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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?
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波长的散射光强度，作了大量 X 射线散射实验。
对证实康普顿效应作出了 重要贡献。
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吴有训 （1897-1977）
中国近代物理学奠基人
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二、光的波粒二象性
1.光子的动量
Em2c
Eh
m h
c2
Pmch c2 •chc h
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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
康普顿于1927年获诺贝尔物理奖。
最新课件
(1892-1962)美国物理学家
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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.
大学物理课件：波粒二象性(wave-particle duality)
黑体的辐出度与黑体的热力
学温度四次方成正比。
2）维恩位移定律
0
6000K
3000K
m1000
/ nm
2000
mT b (b 2.898103 m k)
当黑体温度升高时，与单色辐出度峰值对应 的波长向短波方向移动
例1：实验测得太阳m 490nm，若把太阳作为
黑体，试估计1）太阳表面温度； 2）太阳每单 位表面上所发射的功率；3）地球表面单位面积 接受到的辐射能。
解：（1） 2h sin 2 1.221012 m
m0c
2
1.252 1010 m
h
0
e0
0
c
0
c
c
0
(
0 )
2.30
1016
Hz
h e
θ
p mv
E h 1.551017 J 97.3eV
(2)由能量守恒：反冲电子动能： Ek E
=
反冲动量
h
e
由相对论中粒子的能量、动量
s L1
T
平行光管
L2
M (T ) /(1014 W m3 )
1.0
棱镜
热电偶
c
0.5
6000K
/ nm
0
1000
2000
黑体辐射定律
M (T ) /(1014 W m3 )
1）斯特藩—玻耳兹曼定律 1.0
M (T )
0
M
(T
)d
T
4
可 见 光 区
5.67 108W m2K 4 0.5
单位面积、单位时间内，单位波长范围内
所辐射的电磁能量 M (T ) M (T )
波粒二象性 PPT
光的波粒二象性
光波有一定的频率和波长，光子有一定 的能量和动量，是个矛盾对立的统一体， 彼此含有对方的成份，共存于光的统一体 中。
Ｅ＝ｈυ＝ｈｃ／λ， ｐ＝ｈυ／ｃ＝ｈ／λ。
2、在一定条件下波动性显著，在另一条件 下粒子性显著，即我们观察到这对矛盾的 主要方面。
A、光在传播过程中波动性显著，光在与物 质作用时粒子性表现显著。
【例1】试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意 波的波长。 解：估计一个中学生的质量m≈50kg ，百米跑时 速度v≈7m/s ，则
h 6.63 10 34 m 1.9 10 36 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2】(1)电子动能Ek=100 eV；(2)子弹动量 p=6.63×106 kg.m.s-1, 求德布罗意波长。
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。
质量 m = 0.01kg，速度 v = 300 m/s 的子弹的德布洛意 波长为
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。
伽尔顿板实验——表明 单个小球下落的位置是 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．
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．
光的波粒二象性物质波
度分布可用德布罗意关系 镍单晶
和衍射理论给以解释，从
而验证了物质波的存在。
完整版课件ppt
13
三.物质波的实验验证 I
实验结果：
U
电流出现了周期性变化 Ni单晶 a d
a=0.215nm d=0.0908nm
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14
三.物质波的实验验证
实验装置：B
m0v 2eU0 m2em 0 U
U
可获得电子在不同电压下的波长
U1V 0, 0.3n 9m
U10V,00.12n3m与x射线的波长相当
U10V0,00.03n9m
1.226 nm
Ek
E k 的单位为eV
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三.物质波的实验验证
由于德布罗意博士论文独创性，得到了答辩 委员会的高度评价，但是人们总觉得他的想法过 于玄妙，无法接受。于是，有人质问：有什么可 以验证这一新的观念？
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2
光学发展史
惠更斯
麦克斯韦
波
波动说
电磁说
动
性
1690 1672
牛顿 微粒说
1864 1905
爱因斯坦 光子说
T/年 粒 子 性
光的性质
实验事实
描述的物理量
波动性 粒子性
光的干涉 光的衍射
ν、λ
h
h 光电效应
康普顿效应 完整版课件ppt
p 3
光学发展史
托马斯·杨 菲涅耳 双缝干涉 衍射实验
h h P mv
完整版课件ppt
9
vc 二.粒子的波粒二象性 在
时
m0c2
h
h h
P m0v
波粒二象性ppt课件高中
请设想一个你心目中的理想科技产品，并说明其功能和特点。
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CHAPTER 06
课堂互动与思考
关于波粒二象性的思考题
思考题1
请解释什么是波粒二象 性，并给出生活中的一 个实例。
思考题2
光的波粒二象性是如何 通过双缝干涉实验得到 验证的？
思考题3
为什么说波粒二象性是 微观粒子的一种基本属 性？
关于量子力学的思考题
思考题1
01
量子力学的基本假设是什么？请简述。
01
02
03
04
波粒二象性的发现对现代科技 的发展产生了重要的影响和推
动。
在通信领域，这一理论的应用 推动了量子密码学的发展，为 信息安全提供了更可靠的保障
。
在医学领域，例如在放射影像 学中，这一理论的应用使得医 生能够更准确地诊断和治疗疾
病。
在能源领域，例如在太阳能电 池中，这一理论的应用提高了
光电转换效率。
电子干涉实验
1927年，美国物理学家克林顿·戴维在贝尔实验 室进行了电子干涉实验，证实了电子具有波动性 质。
晶体衍射实验
1927年，英国物理学家约翰·贝尔特在剑桥大学 进行了X射线晶体衍射实验，证实了X射线具有波 动性质。
中子干涉实验
1955年，美国物理学家雷纳德·莱昂斯进行了中 子干涉实验，进一步证实了所有微观粒子都具有 波粒二象性。
光的波粒二象性的实验验证
双缝干涉实验
通过双缝干涉实验可以观察到明 暗相间的干涉条纹，证明光具有
波动性。
光电效应实验
光电效应实验中，当光照射在金 属表面时，金属内部的电子会被 光子激发出来形成电流，从而证
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波粒二象性,有图有真相
量子力学告诉我们，光同时具有粒子性和波性，但我们看到的要么是波，要么是粒子。
在爱因斯坦时代，科学家就一直在努力，设法同时、直接看到光这两方面的性质。
据物理学家组织网3月2日报道，最近，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的科学家成功拍摄出有史以来第一张光同时表现出波粒二象性的照片。
这一突破性成果发表在最近的《自然・通讯》杂志上。
当紫外光照在金属表面时，会造成一种电子发射。
爱因斯坦将此解释为人射光的“光电”效应，被认为只是一种波，也是一束粒子流。
EPFL的一个由法布里奥，卡彭领导的研究小组进行了一次“聪明的”反向实验：用电子来给光拍照，终于捕获了有史以来第一张光既像波，同时又像粒子流的照片。
――Scott。