光的波粒二象性.pptx

4.3光的波粒二象性

高中物理·选修3-5·教科版

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.

1923年康普顿在做X射线通过物质散射的实验时，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。

2康普顿效应

一.康普顿散射的实验装置与规律：

晶体

光阑

探

测

器

0

散射波长

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！

康普顿散射曲线的特点：

1.除原波长0外出现了移向长波方向的新的散射波长。

2.新波长随散射角的增大而增大。

散射中出现≠0的现象，称为康普顿散射。

波长的偏移为

二、经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难

2.无法解释波长改变和散射角的关系。

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。

三、光子理论对康普顿效应的解释

康普顿效应是光子和电子作弹性碰撞的结果，具体解释如下：

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。

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。

四.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。

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，

五、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.

对证实康普顿效应作出了重要贡献。

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。

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，

c=0.0241Å=2.4110-3nm（实验值）

光的干涉

1801年，英国物理学家托马斯·杨在实验室里成功的观察到了光的干涉．

两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。

一、光的干涉现象---杨氏干涉实验

1、装置特点：

（1）双缝很近0.1mm，

（2）双缝S1、S2与单缝S的距离相等.

2、①滤光片的作用：得到单色光.

②单孔的作用：是获得点光源.

③双孔的作用：相当于两个振动情况完全相同的光源，双孔的作用是获得相干光源.

得到相干光源：一分为二的思想

光的干涉

双缝干涉

激光束

双缝

屏

屏上看到明暗相间的条纹

光到底是什么？……………

牛顿

微粒说：认为光是一种粒子流，是实物粒子，有静止质量，没有波动性。

惠更斯

波动说：认为波是一种机械波，没有物质性，在太空中传播要依赖“以太”这种媒介。

两者相互排斥，相互矛盾！！！

爱因斯坦

光子说：认为光是一份一份的光子构成，是一种没有静止质量的特殊物质，具有波动性。

麦克斯韦

电磁说：认为光是一种电磁波，是物质的一种特殊形态，在真空传播不需依赖媒介

两者是统一的，并没有否定对方！

光的干涉和衍射现象表明光确实是一种波

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．

光到底是一种波，还是一种粒子呢？

减弱光源，直到只剩下一个光子

图4-3-3光的双缝干涉

短

长

曝光时间

结论

1、图片呈现杂乱无章的几个亮点清晰的显示了光的粒子性．

2、亮点在感光片上形成模糊的亮纹，形成了干涉条纹。说明了波动性是每一个光子的属性。

并且每一次光子落在亮条纹的可能性大，落在暗条纹处的可能性小。

干涉条纹是光子落在感光片上各点的概率分布的反映。光是一种概率波。

光的波粒二象性：

⑴个别光子的作用效果往往表现为粒子性;大量光子的作用效果