2021-2022学年高二物理竞赛课件：光的波粒二象性.pptx

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1、光的波粒二象性光的波粒二象性1919世纪末世纪末,经典物理理论发展到相当完善阶段经典物理理论发展到相当完善阶段n牛顿力学：牛顿三定律牛顿力学：牛顿三定律n麦克斯韦电磁理论：光麦克斯韦电磁理论：光=电磁波；电磁波；MaxwellMaxwell方程组方程组n热力学三大定律；分子运动论和统计热力学热力学三大定律；分子运动论和统计热力学 光的波粒二象性光的波粒二象性 经典物理学的成功经典物理学的成功 经典物理学的困难经典物理学的困难1900 London 1900 London 开尔文开尔文:在在热和光和光动力理力理论上空的上空的19世世纪乌云云 “The beauty and clearness o

2、f the dynamical theory is at present obscured by two clouds.”在物理学阳光在物理学阳光灿烂的天空中漂浮着两的天空中漂浮着两朵小小乌云云迈克尔逊莫雷实验迈克尔逊莫雷实验导致了相对论的诞生导致了相对论的诞生黑体辐射黑体辐射研究研究 导致了量子力学的诞生导致了量子力学的诞生n经典理论在解释一些新的实验结果上遇到了经典理论在解释一些新的实验结果上遇到了 严重的困难。严重的困难。（1 1）黑体辐射问题）黑体辐射问题 （2 2）光电效应）光电效应 （3 3）氢原子线状光谱）氢原子线状光谱吸收本领吸收本领 :吸收的辐射能通量谱密度与吸收的辐射能通量

3、谱密度与照射的谱密度之比照射的谱密度之比黑体辐射与普朗克量子假设黑体辐射与普朗克量子假设平衡态下热辐射平衡态下热辐射与物体材料与物体材料形状无关形状无关当当绝对黑体（黑体）绝对黑体（黑体）发射本领发射本领 ：基尔霍夫定律基尔霍夫定律:黑体辐射：黑体辐射：由空腔小孔发出的辐射由空腔小孔发出的辐射黑体辐射的能谱密度与辐射的波长的分黑体辐射的能谱密度与辐射的波长的分布曲线，曲线形状只与黑体的绝对温度布曲线，曲线形状只与黑体的绝对温度T T 有关而与黑体的形状和材料无关。有关而与黑体的形状和材料无关。黑体模型：空窖黑体模型：空窖0510实验曲线实验曲线Wien Wien 公式在短波部分与实验相符合，公

4、式在短波部分与实验相符合，长波部分不一致。长波部分不一致。Wien Wien 公式公式(1894)(1894)Wien 线0510瑞利金斯公式在瑞利金斯公式在长波部分与实验相符合长波部分与实验相符合Rayleigh(1900)Rayleigh(1900)Jeans(1905)Jeans(1905)公式公式紫外灾难紫外灾难参见参见P30P30图图1.4-21.4-2Planck Planck 黑体辐射定律黑体辐射定律公式结果与实验数据公式结果与实验数据符合很好符合很好19001900年年1010月月1919日日Planck 线0510德德 1858185819181918年年N N奖奖柏林大学柏

5、林大学对 Planck 辐射定律射定律的二点的二点讨论：（1 1）高频）高频(短波短波)时，时，Wien Wien 公式公式（2 2）低频）低频(长波长波)时时Rayleigh-Jeans 公式公式(1)(1)电磁驻波电磁驻波(微观简谐振子微观简谐振子)的能量取值是不连续的能量取值是不连续 的的,频率为频率为 的简谐振子的能量的简谐振子的能量 只能取只能取 的整数倍的整数倍,即即(2)(2)微观简谐振子发射或吸收辐射都只能是一份一微观简谐振子发射或吸收辐射都只能是一份一 份的份的,即量子化的即量子化的.被发射或被吸收的辐射的一被发射或被吸收的辐射的一 份能量值为份能量值为19001900年年1

6、212月月1414日日 Planck 提出能量子假定：提出能量子假定：n第一个是第一个是Einstein.1905Einstein.1905年用年用PlanckPlanck量子假设解量子假设解释光电效应。认为光不仅是电磁波，而且还是一释光电效应。认为光不仅是电磁波，而且还是一个粒子。电磁辐射不仅在发射和吸收时以能量个粒子。电磁辐射不仅在发射和吸收时以能量的微粒形式出现，而且以这种形式在真空以光速的微粒形式出现，而且以这种形式在真空以光速c传播，这种粒子叫做光量子传播，这种粒子叫做光量子(光子光子)。n能量与频率关系能量与频率关系 动量与波长关系动量与波长关系Planck-Einstein关系式关系式总结光子能量、动量关系式如下：总结光子能量、动量关系式如下：把光子的波动性和粒子性把光子的波动性和粒子性联系了起来联系了起来相对论能动量关系：相对论能动量关系：光子的能动量关系光子的能动量关系:和和Max Born,1882-1970 1954 NobelPaul Maurice Dirac1902-1984 1933 Nobel