高中物理选修3——波粒二象性

高中物理选修3-5波粒二象性学习笔记，供大家参考。

波粒二象性

• 能量量子化
  • 黑体与黑体辐射
    • 热辐射
    • 黑体
      • 如果某种物体能够完全吸收入射的各种波长的电磁波而不发生反射，这种物体就是绝对黑体，简称黑体
      • 黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关
  • 黑体辐射的实验规律
    • 随着温度的升高，各种波长的辐射强度都有增加，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动
  • 能量子
    • 能量子和量子数
      • E=nε
    • 能量子的能量公式
      • ε=hv（h为普朗克常量，h=6.626×10-34 J·s）
• 光的粒子性
  • 光电效应的实验规律
    • 光电效应
      • 照射到金属表面的光，能使金属中的电子从表面逸出
    • 光电效应的实验研究
      • 电路图
      • 实验结果
        • 电源正接时存在饱和电流
          • 入射光越强，单位时间内发射的光电子越多
            • 饱和电流与入射光的强度成正比
        • 电源反接时存在遏制电压和截止频率
          • 光电子的能量只与入射光的频率有关
            • 光电子的最大初动能（遏制电压）与入射光的强度无关，只与入射光的频率有关。频率越高，光电子的最大初动能越大
          • 当入射光的频率低于截止频率时不发生光电效应（截止频率vc=W。/h）
          • 不同材料的截止频率不同
        • 光电效应具有瞬时性
    • 爱因斯坦的光电效应方程
      • 在光电效应中，金属中的电子吸收一个光子获得的能量是hv，这些能量的一部分用来克服金属的逸出功W。，剩下的表现为逸出后电子的最大初动能Ek，即eUc=Ek=hv-W。
      • 理解
        • 式中的Ek是光电子的最大初动能
        • 逸出功W。：光电效应中，从金属表面逸出的电子消耗的能量最少
      • 图像
    • 康普顿效应
      • 表明光子除了具有能量之外还具有动量，进一步揭示了光的粒子性
    • 光子的动量
      • p=mc=E/c=hv/c=h/λ
• 粒子的波动性
  • 光的波粒二象性
    • 波粒二象性
      • 光既有波动性又有粒子性
        • 少量或个别光子易显示出粒子性；频率高、波长短的光粒子性特征显著
          • 光的粒子性的有力证据是光电效应和康普顿效应
        • 足够能量的光在传播时，表现出波的性质；频率低波长长的光波动性特征显著
          • 光的波动性的有力证据是光的干涉和衍射实验
    • 光子的能量与动量
      • 光子能量E=nε
      • 光子动量p=h/λ
  • 粒子的波动性
    • 德布罗意假设
      • 实物粒子也具有波动性
    • 物质波波长的计算公式
      • λ=h/p （h：普朗克常量；p：动量； λ：波长）
  • 物质波的实验验证
    • 电子束衍射实验
• 概率波
  • 经典的粒子和经典的波
    • 经典的波具有频率和波长具有时空的周期
  • 概率波
    • 双缝干涉实验
      • 光子落在各点的概率是不一样的，即光子落在明纹处的概率大，落在暗纹处的概率小
    • 光波是一种概率波
      • 光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定
    • 物质波也是概率波
• 不确定性关系
  • 单缝衍射实验
    • 粒子位置的不确定性
    • 粒子动量的不确定性
  • 不确定性关系的表示
    • 如果以Δx表示粒子位置的不确定量，以Δp表示粒子在x方向上的动量的不确定量，有ΔxΔp>=h/4π（h为普朗克常量）
  • 不确定性关系是说粒子的动量和位置不可能同时准确的测量，因而也就不可能用“轨迹”来描述粒子的运动
  • 物理模型与物理现象