对光的波粒二象性的理解和认识(毕业设计论文)

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1、2013届本科毕业论文对波粒二象性的理解与认识学院：物理与电子工程学院专业班级：物理08-8班学生姓名：努尔麦麦提·阿不都克热木指导老师：巴哈迪尔老师答辩日期：2013年5月11日新疆师范大学教务处对波粒二象性的理解与认识摘要：波粒二象性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。现代观察认为微观粒子,无论是光子,电子以及其它所有基本粒子,在极微小的空间内作高速运动时有时显示出波动性(这时粒子性不显著),有时显示出粒子性(这时波动性不显著).这种在不同条件下分别表现为波动和粒子的性质,或者说既具有波动性又具有粒子性,就称为波粒二象性(简称象性

2、)。波粒二象性理论的提出在物理学的发展史上具有重要意义,本文从人们对光本性的认识出发,到把波粒二象性推广到一切物质,比较系统地阐述了波粒二象性理论的产生和发展过程。在这个过程中探索物理学与哲学的联系，并对其中所体现的哲学观点做了尝试性总结关键词：波粒二象性，波动性，粒子性，电子衍射，德布罗意波目录1.引言42.光的波粒二象性52.1光的波动性.52.2光的粒子性.62.3光的波粒二象性.83电子衍射实验103.1.电子衍射实验.103.2实验数据与处理.144.波粒二象性的意义和后期成果155.结论.16参考文献17致谢.18引言1801年，杨氏进行了著名的杨氏双缝干涉实验。

3、实验所使用的白屏上明暗相间的黑白条纹证明了光的干涉现象，从而证明了光是一种波。1882年德国物理学家施维尔德根据新的光波学说，对光通过光栅后的衍射现象进行了成功的解释。1887年，德国科学家赫兹发现光电效应，光的粒子性再一次被证明！二十世纪初，普朗克和爱因斯坦提出了光的量子学说1905年，爱因斯坦提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理奖在新的事实与理论面前，光的波动说与微粒说之争以“光具有波粒二象性”而落下了帷幕。即：光既是一种波又是一种粒子！光的波动说与微粒说之争从十七世纪初笛卡儿提出的两点假说开始，至二十世纪初以光的波粒二象性告终，前后共经历了三百

4、多年的时间。牛顿、惠更斯、托马斯．杨、菲涅耳等多位著名的科学家成为这一论战双方的主辩手。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。量子力学认为自然界所有的粒子，如光子、电子或是原子，都能用一个微分方程，如薛定谔方程来描述。这个方程的解即为波函数，它描述了粒子的状态。波函数具有叠加性，即，它们

5、能够像波一样互相干涉和衍射。同时，波函数也被解释为描述粒子出现在特定位置的几率幅。这样，粒子性和波动性就统一在同一个解释中。光的波粒二象性光的波动性光的干涉人类对光的本性的研究，持续了几百年的历史，至今仍有争论的余味。在牛顿时期，光的粒子学说站住这主导地位。在同一时代里，尽管有人提出了光的波动性，但是由于权威效应，一致未得矛以承认。。直到托马斯·杨利用光的波动假说成功的解释了干涉图详的形成，尤其是菲涅耳发展了惠更斯原理，对光的衍射现象的成功解释，使得光的波动说否定了以牛顿为代表的微粒说（其根本原因是牛顿的微粒说不能很好地解释光的干涉和衍射现象）1801年杨氏最先得到两列想干的

6、光波，并且最早以正确的形式确立了光波叠加原理，用光的波动性解释了干涉现象。他用强烈的单色光照射到如图所示的开由小孔S的不透明光板上，后面放着另一块光板，开有两个小孔和。在杨氏试验装置中和可以认为是两个次波的波源，因为他们都是从同一个光源S而来的，所以永远有恒定的相位关系，装着中S,,都足够小并且相互平行狭缝，用单色光照射时，屏幕上出现明暗明暗地干涉条纹。因为干涉是波动的特性，所以杨氏实验能够证明光具有波动性。光的衍射光在传播过程中，遇到障碍物或小孔（窄缝）时，它有离开直线路径绕到障碍物阴影里去的现象。这种现象叫光的衍射波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射。只有缝、孔

7、的宽度或障碍物的尺寸跟波长相差不多，或者比波长更小时，才能观察到明显的衍射现象。一切波都能发生衍射，衍射是波特有的现象一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多光的粒子性1905年，爱因斯坦提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理奖。光电效应光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化。这类光变致电的现象被人们统称为光电效应，又称光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。光