第一篇：萬物本質(zhì)的奧秘：波粒二相性

萬物本質(zhì)的奧秘：波粒二相性

十分確定地說，今天的科學(xué)現(xiàn)代化，90%源自于對一個實(shí)驗(yàn)的不斷研究，以及由此實(shí)驗(yàn)發(fā)展出來的科學(xué)技術(shù)。人們圍繞這個實(shí)驗(yàn)不斷創(chuàng)造出各種各樣的電子儀器和高科技產(chǎn)品（衛(wèi)星、液晶電視等等）。這一實(shí)驗(yàn)即是讓世界一流科學(xué)家對心靈哲學(xué)發(fā)生根本認(rèn)識改變的原因，也是領(lǐng)悟心物是如何一體的核心秘密所在。下面，我們即詳細(xì)論述這個實(shí)驗(yàn)——波粒二相性，和理解其帶給我們的深遠(yuǎn)意義。

第一節(jié)、光是波 證明1.首先，假定電子（和光子）是一個如臺球一樣的粒子。而日常中物質(zhì)粒子——如一個臺球的運(yùn)動是如下情況：

實(shí)驗(yàn)1：

當(dāng)用一個可以發(fā)射臺球的臺球槍對著一道狹縫隨機(jī)發(fā)射許多臺球的話，那些正好穿過狹縫的臺球就會在單縫隙后面的屏上形成豎著的一道“臺球”條紋（也可以說是印跡）。

實(shí)驗(yàn)2：

當(dāng)用這個臺球槍對著兩道狹縫隨機(jī)發(fā)射許多臺球的話，那些正好穿過狹縫的臺球就會在兩道縫隙后面的屏上形成豎著的兩道“臺球”條紋。

實(shí)驗(yàn)3：

投一個鐵球到水池中激起一道水波，當(dāng)水波穿過帶有一條縫隙的擋板后，會由于波所特有的衍射特性，在擋板后面再次形成和擴(kuò)散出去另一道水波，然后這道波會打在后面的屏上。

實(shí)驗(yàn)4：

當(dāng)再次激起這么一道的水波，在穿過帶有兩個縫隙的擋板后，由于波所具有的衍射特性，這時會在擋板后面形成兩道水波。這兩道新形成的水波在交織碰撞后，就會發(fā)生“波”所特有的干涉現(xiàn)象——即在擋板后面的屏上形成了以波能量強(qiáng)度（波的振幅）為特征的干涉條紋。

實(shí)驗(yàn)5：

用一個可以發(fā)射電子的電子槍——這個電子槍與你家的手電筒在原理上一模一樣，所以這時也可以看作是一支可以控制發(fā)射發(fā)光強(qiáng)度的精致的手電筒，對著帶有一個縫隙的擋板發(fā)射許多電子時，這時就會在后面的屏上看到一道亮的光芒帶——如同水波通過一條狹縫發(fā)生的情況一樣（注：由于對實(shí)驗(yàn)所用器材、形式和表述說明的差異性，這時也可認(rèn)為是出現(xiàn)一道“電子條紋”）。

實(shí)驗(yàn)6：

當(dāng)用電子槍對兩條狹縫發(fā)射許多電子時，這時就會在后面的屏上看到，如同水波通過兩條狹縫產(chǎn)生波的干涉條紋一樣，眾多的電子在通過兩條狹縫后，共同協(xié)力形成了干涉條紋的圖案。

結(jié)果非常清楚而簡單：

如果電子是如臺球一樣的粒子，那么當(dāng)用臺球槍隨機(jī)向帶有兩個縫隙的擋板發(fā)射臺球的時候，在后面的屏上就會出現(xiàn)如實(shí)驗(yàn)2中的兩道豎向臺球排列的條紋(印記)。但是，人們看到的卻是如實(shí)驗(yàn)4中的水波穿過兩個縫隙形成的干涉條紋一樣的電子的干涉條紋，所以人們確定電子具有水波的特性——衍射和發(fā)生干涉的特性——也就是由于這一特性人們才十分確定地說，電子（光子），是以波的形式在空間中穿行的。

問題是，電子是波這一點(diǎn)有什么奇怪的嗎？

因?yàn)閮傻啦ㄏ嘧埠髸l(fā)生干涉現(xiàn)象——波峰與波谷相遇波會消失，波峰與波峰相遇波會被加強(qiáng)，波谷與波谷相遇波谷會更深，所以如果光（電子等同于光子）是波，就會出現(xiàn)兩道光照到一個地方會更黑的現(xiàn)象（以上電子的干涉條紋完全證明了這一現(xiàn)象已經(jīng)發(fā)生了），那么我們就得接受如下怪誕的事情：

比如，在夜晚一根針掉在了地上，然后你打開了一支手電筒去找這根針。但是由于手電筒不太亮而看不清楚地面，結(jié)果你的一位朋友為了幫助你就用了另一支手電筒同時去照射丟針的那塊地面。這時令人驚訝的事情出現(xiàn)了，兩道光照射在一起應(yīng)當(dāng)更亮才對，但是當(dāng)兩道光共同照在一起的時候，竟然變得毫無光亮使得地上更加黑暗。除非遇到“鬼”，否則怎么會出現(xiàn)這樣奇怪的事情呢？（當(dāng)然，以上這種情況在日常生活中不會出現(xiàn)，因?yàn)闂l件不嚴(yán)格。但是在嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)條件下是完全會出現(xiàn)的——這嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)中還要涉及到同一光源的問題）。

兩道光加在一起竟然會變得更黑，讓一百年前所有的科學(xué)家都無法接受，但是這一現(xiàn)象不是由“鬼”造成的，所以，人們無論怎么不情愿也得接受“兩道光加在一起會變得更黑”的現(xiàn)象，即必須接受光是波的事實(shí)。

證明2.還有一個我們?nèi)粘Ｉ钪械某Ｒ姮F(xiàn)象可以證明光是波，即我們經(jīng)常在肥皂泡上看到五顏六色的光彩。白光（如陽光、燈光）是含有所有不同波長，或者叫做含有所有顏色光波的光。當(dāng)從水膜一邊反射回來特定波長光波的波峰和從另一邊反射過來的波谷相重合時（即發(fā)生波的干涉），對應(yīng)于這一顏色波長的光波就不會出現(xiàn)在白光中——波峰與波谷相遇相互抵消了，這也如同物質(zhì)從虛空中消失了。這樣當(dāng)白光中缺少某一波長的光波時，其它波長的光波就會暴露出來，而顯現(xiàn)出五顏六色的光芒。如果光是由粒子組成的，那么就絕不會出現(xiàn)這種干涉現(xiàn)象。只有光是波的情況下才會出現(xiàn)這種干涉現(xiàn)象。

第二節(jié)、光是粒子

既然確定光是一種波了，世界上的人們就接受這個結(jié)論就好了。然而，為什么人們又“無事生非”地去發(fā)展出一種理論說“光”不是波而是如臺球一樣的“粒子”呢？或者說，創(chuàng)造這種學(xué)說有什么用呢？ 光是粒子的證明： 證明1.如果一束光照到金屬表面的話，就會產(chǎn)生電流，這一現(xiàn)象叫做“光電效應(yīng)”。這一效應(yīng)一開始是由德國物理學(xué)家赫茲在1887年發(fā)現(xiàn)的。但是由于那個時候人們堅(jiān)信光是一種波，而波是無法把金屬中的電子“敲”出來以形成電流的。所以對光電效應(yīng)一直沒有獲得過合理的解釋。到了1905年愛因斯坦對這一現(xiàn)象做了詳細(xì)研究，并發(fā)表了一篇論文（同年愛因斯坦發(fā)表了狹義相對論），說明了光應(yīng)當(dāng)是由粒子組成的。如果光是由粒子組成的，光電效應(yīng)就獲得了合理的解釋。然而,雖然當(dāng)時令人極為震驚，但沒有人把這篇論文當(dāng)回事。由于愛因斯坦發(fā)表了相對論后名聲漸旺，促使一位美國物理學(xué)家密立根固執(zhí)地用10年時間精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以證明愛因斯坦是錯的。結(jié)果，他成功地證明自己錯了，也使其他每個人都相信愛因斯坦是對的。愛因斯坦由這一論文（而不是相對論）在1922年獲得了諾貝爾獎。付出終有回報(bào)，第二年，即1923年密立根由于自己證明自己錯了的實(shí)驗(yàn)同樣也獲得了諾貝爾獎。至于說到創(chuàng)建這種粒子理論有什么用？最簡單的說，它是今天科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的理論支柱。

證明2.我們能否定位水波為一個擁有特定方向的點(diǎn)呢？答案是，不能。原因是，波是一個向四周擴(kuò)散出去的東西，所以就無法被定位。進(jìn)一步說，如果光是波，天上的星星都將無法被定位，也就是人們無法看到天空中的任何星星。天空將變成什么樣呢？如果你看過雨中池塘表面形成的雜亂干涉圖案，你就會想象到夜晚的天空應(yīng)該是一片雜亂的光芒。所以，當(dāng)星光打到我們的視網(wǎng)膜上時，必須是以粒子形式出現(xiàn)的，只有這樣我們才能定位星星的位置。所以最簡單地說，光必須是粒子而不是波。

最終，光到底是粒子還是波？幾十年前的科學(xué)家曾有一段戲言：世界上所有的科學(xué)家周一談光是粒子，而周三談光是波。經(jīng)過近百年?duì)幷摚屖澜缟献盥斆鞯娜藗冏詈筮_(dá)成了共識，這一共識也成為了量子力學(xué)的核心奧秘：所有的粒子都是波，而所有的波都是粒子。

第三節(jié)、這種即是波、又是粒子的現(xiàn)象說明了什么？生命存在的意義與此有什么關(guān)系？

我們延續(xù)以上的實(shí)驗(yàn)而通過問一個問題就會發(fā)現(xiàn)秘密產(chǎn)生的本源：什么情況下光是粒子？什么情況下光是波？

實(shí)驗(yàn)7.當(dāng)科學(xué)家在縫隙處放上監(jiān)視器，再用電子槍向帶有兩個縫隙的擋板發(fā)射許多電子的時候,竟然驚訝地看到，電子們（或者說一道光波）在監(jiān)視器處突然變成了如臺球（即顆粒狀）一樣的粒子嗖嗖地飛過，而且在后面的屏上不再形成干涉條紋，而是如同在實(shí)驗(yàn)2中用臺球槍向帶有兩個縫隙的擋板發(fā)射臺球時的情況一樣，在屏上會形成兩道電子條紋。就是說，在縫隙處放上監(jiān)視器的實(shí)驗(yàn)完全證明了電子是個粒子，而且其波的屬性立刻消失了。

也即如同在實(shí)驗(yàn)2中發(fā)射臺球的情況一模一樣，一個電子粒子一次也只能穿過一個縫隙。即一個電子絕不會像波一樣同時穿過兩個縫隙。比如說，假如你只發(fā)射一個電子，那么如果在縫隙1處看到一個電子通過了，那么在縫隙2就絕不會有電子通過。如果在縫隙2處看到有電子通過了，那么縫隙1處就絕不會有電子通過。

非常清楚地說，如果裝上了監(jiān)視器，電子就變成了一個我們非常熟悉的常識性的狀態(tài)——它是一個實(shí)在的粒子。而且如同實(shí)驗(yàn)2中的臺球一樣，一個電子粒子一次也只能穿過一個縫隙。這個實(shí)驗(yàn)非常清楚地證明了，電子是一個點(diǎn)狀的粒子。（簡短延伸一個問題：即是當(dāng)你發(fā)射1個電子時，你無法通過什么樣的規(guī)律去預(yù)測和確定這個電子是會穿過縫隙1，還是會穿過縫隙2。無法確定即是不能確定，也就是具有不確定性。這就是非常著名的“不確定性定理”。這個定理好像很平凡，實(shí)際它所帶來的意義極為深奧。愛因斯坦在反對這一定理時曾說過著名的一句話：“上帝不擲股子”（今天早已證明愛因斯坦在這一問題上犯了個錯誤）。因?yàn)檫@一問題太深奧，尤其與因緣果報(bào)的聯(lián)系，所以先留下這一問題，以后篇章會逐步解析。）

實(shí)驗(yàn)8.關(guān)鍵的地方出現(xiàn)了：當(dāng)科學(xué)家一但在縫隙處撤出任何監(jiān)視器，再發(fā)射電子的時候，那么在后面的屏上“干涉條紋”突然又出現(xiàn)了。

因?yàn)槭强吹健案缮鏃l紋”的出現(xiàn)，所以人們又必須認(rèn)為“電子”是個波。雖然人們撤出了監(jiān)視器而無法看到兩處縫隙處的情況，但通過“干涉條紋”的出現(xiàn)，完全100%地確定，當(dāng)許多電子在穿過兩處縫隙的時候是以波的形式運(yùn)動的。

實(shí)驗(yàn)9.也就說，情況發(fā)生了改變，當(dāng)你沒有去“看”的時候，就算是一個電子也是以波的形式在空間中穿行，而且在穿過帶有兩個縫隙的擋板的時候，也是以波的形式——好像使用了分身術(shù)一樣，穿過兩個縫隙，在后面的屏上顯示出干涉效應(yīng)（這一干涉效應(yīng)很復(fù)雜，以后篇章會進(jìn)一步論述）。

以上的實(shí)驗(yàn)有什么神奇的地方嗎？

以以上實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，一個讓包括科學(xué)家在內(nèi)的所有人都感到不可思議的現(xiàn)象出現(xiàn)了：

如果在縫隙處放上監(jiān)視器，每一道電子波都會被逼著顯身為一個粒子，在穿過兩處縫隙中的一處后打在后面的屏上形成一個亮點(diǎn)。你絕不會看到這個電子會同時穿過兩處縫隙：即如果你在縫隙1看到電子，縫隙2就絕不會在有電子通過。如果你在縫隙2看到電子，縫隙1就絕不會有電子通過。這是非常淺顯的道理，即是一個顯身為粒子的電子絕不會同時穿過兩個縫隙。

但是，一但撤除監(jiān)視器，那么瞬間“粒子”消失了。打在屏幕上的不再是一個粒子，而是干涉條紋。也就是由這個干涉條紋的出現(xiàn)，我們必須承認(rèn)當(dāng)電子穿過兩處縫隙的時候不再是一個粒子，而是一道波。

也就是說，現(xiàn)在的情況發(fā)生了根本的改變，如果你不去看它的時候，這個電子就以波的形式同時穿過來兩個孔。更形象地說，即如同一個臺球同時穿過了兩處縫隙。

核心秘密出現(xiàn)了：更加清楚地說，一個電子在你沒有去看它的時候，它是一個球狀波?；蛘咴俑忧宄卣f，一個電子以球狀波的虛無的形式存在于宇宙中的任何地方（注意：你、我、石頭、玫瑰花瓣、清風(fēng)，都是由電子組成的）。一旦你去看它了，它就瞬間成為了一個實(shí)在的東西——確定為一個實(shí)在的點(diǎn)粒子，即由虛無成為物質(zhì)。為什么會成為一個實(shí)在？

答案是，是你“逼著”它成為實(shí)在東西的。沒有你的存在，宇宙中任何一個物質(zhì)都是沒有介質(zhì)的虛無的波。而且，因?yàn)橛辛四愕拇嬖?，任何的虛無都必須成為實(shí)在。

最終，是什么決定一個電子是粒子還是波的？

答：是你！是觀察！是一個有意識的人！而這就是實(shí)相！這就是心物一體！覺者佛也，心即是佛，如此，既是生命存在的意義！

前幾天一位朋友說了這么一段話：

“明艷說：老師這會不會是真的，我們只和我們的想法在一起。這想法包括我的想法，我認(rèn)為別人的想法，我看世界的想法。最終那只能出自于我的想法、或者也叫念頭。也可以說最終我只和我自己在一起。就是我和老師在一起談話時，那也只能是我和我關(guān)于老師的感知在一起。老師的知幻即離方法很好，就是不帶判斷、解釋、分析地覺照，讓頭腦脫離自己詮釋的故事中。”

任何人都無法逃出自己為自己設(shè)下的思想的“牢籠”。任何的感知都是分別妄想心，本質(zhì)上都是幻境——色雜妄想，想象為身，聚緣內(nèi)搖，趣外奔逸，昏擾擾相，以為心性！

只有禪定才能讓你獲得真正的靈性自由！而這個自由是個什么狀態(tài)呢？名為“不動”。

何謂“不動”？佛祖說：“一切眾生，種種幻化，皆生如來圓覺妙心；猶如空華，從空而有，幻華雖滅，空性不壞；眾生幻心，還依幻滅，諸幻盡滅，覺心不動；依幻說覺，亦名為幻，若說有覺，猶未離幻，說無覺者，亦復(fù)如是，是故幻滅，名為不動”。

什么時候你體驗(yàn)到那個“不動”了，什么時候你體驗(yàn)到“生滅滅矣寂滅最樂”了，你就悟道了！

這么一個看起來十分簡單平凡的、被稱為核心秘密的波粒二象性就帶給我們這么點(diǎn)內(nèi)容嗎？回答是否定的。我們剛剛翻開了“新的篇章”。比如，心靈感應(yīng)是怎么回事？其本質(zhì)意義又是什么呢？人真的有預(yù)測未來的能力嗎？你能與一顆100萬光年以外的星星有即時的神秘聯(lián)系嗎？當(dāng)然還有如何開悟。。。

下一篇：繼續(xù)。。。。。

附錄： 在本篇文章完成之際，一位朋友看過后，突然提出一個問題，以下為對話過程：

朋友：如果光是由多個粒子組成的呢？而不是一個粒子就是光。我不太理解這個結(jié)論。

朋友：我們以水波來舉例：兩道水波互相干擾，但是單就水波中的某一點(diǎn)來說，其實(shí)只有一個水分子。水波是由多個水分子組成的，所以我理解光是許多個粒子組成的。

高月明：你的理解是錯誤的。多個粒子是波，一個粒子也是個波，本質(zhì)上都是波。

朋友：為什么？

高月明：因?yàn)閷?shí)驗(yàn)得到的結(jié)果就是這樣的。就是說，沒有為什么，只有結(jié)果，而沒有原因。

朋友:既然這樣，假如我們不認(rèn)識，就我單看這篇文章來說，會認(rèn)為您是錯誤的。

高月明:恰恰是這點(diǎn)，讓科學(xué)家迷惑，也是核心秘密所在。朋友:我想，您要考慮的不是科學(xué)家的迷惑，而是怎么讓讀者認(rèn)同？ 高月明：是的，沒有辦法，只有接受結(jié)果，雖然讓人很痛苦！朋友：那我不接受呢？只有離開？ 高月明：但是事實(shí)就是如此。

朋友：那從您的角度來說，為什么一定要把無法溝通的東西拿出來？ 高月明：問題是，這不是無法溝通的問題。而是，這就是真實(shí)，真實(shí)就是這樣的！

朋友：如果有人能給“我”解釋清楚，我會認(rèn)同，否則我懶得理會。高月明：你是對的，但卻是愚蠢的。

朋友：您要用科學(xué)來解釋禪定，就要首先讓讀者認(rèn)同科學(xué)，如果基礎(chǔ)不穩(wěn)，那接下來的東西怎么能讓人信服？

高月明：問題是，這就是科學(xué)。雖然你不情愿接受這個結(jié)果。朋友：您以往寫的東西，即使復(fù)雜一點(diǎn)，只要認(rèn)真看就能明白是怎么回事，但這次我覺得解釋得不好。

高月明：那里不好？請說。

朋友：就是我們在討論的這個，您說理論是對的，但是沒法解釋清楚。高月明：已經(jīng)解釋完畢！

朋友：那“我”為什么要相信您？ 高月明：是啊，我也在想這個問題。

高月明：前幾天在博客上有一篇評論你可以借鑒：釋明道：“老子曰：上士聞道，勤而行之；中士聞道，若存若亡；下士聞道，大笑之，不笑不足以為道”。朋友：那從我個人來說，最好還是不要拿出這種無法讓人理解的事情，世界上頂尖的人太少了，你的讀者恰恰是普通人。

高月明：可這是真實(shí)，我永遠(yuǎn)不能把蒙人的東西給大家。朋友：那您就不要說，說了可能會起反作用。高月明：你是說，光不是波，對吧？

朋友：我是說，光是波，但是是由多個粒子組成的波。

高月明：可是你錯了！而你今天提出的的確是個問題（我意指“有人會不理解”這個問題）。。。。。

小結(jié)：

對于波粒二相性，在過去一百多年中，世界上的最聰明、最杰出的人才在絞盡腦汁創(chuàng)建理論、不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)施和進(jìn)行了無數(shù)次實(shí)驗(yàn)后共同得出的結(jié)果就是這樣的?。ㄋ麄円驳玫搅嘶貓?bào)，大部分的諾貝爾獎都發(fā)給了這些人）。所以，雖然人們不情愿，但也只能接受這個結(jié)果。也即，如同單單通過理論研究是根本無法計(jì)算出非邏輯的波粒二相性一樣，非邏輯的實(shí)相也需要你用禪定去佐證。

第二篇：光的波粒二象性教案

光的波粒二象性 教案示例

一、教學(xué)目標(biāo)

1．知識目標(biāo)

（1）了解微粒說的基本觀點(diǎn)及對光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問題．

（2）了解波動說的基本觀點(diǎn)及對光學(xué)現(xiàn)象的解釋和所遇到的問題．

（3）了解事物的連續(xù)性與分立性是相對的，了解光既有波動性，又有粒子性．

（4）了解光是一種概率波．

2．能力目標(biāo)

培養(yǎng)學(xué)生對問題的分析和解決能力，初步建立光與實(shí)物粒子的波粒二象性以及用概率描述粒子運(yùn)動的觀念．

3．情感目標(biāo)

理解人類對光的本性的認(rèn)識和研究經(jīng)歷了一個十分漫長的過程，這一過程也是辯證發(fā)展的過程．根據(jù)事實(shí)建立學(xué)說，發(fā)展學(xué)說，或是決定學(xué)說的取舍，發(fā)現(xiàn)新的事實(shí)，再建立新的學(xué)說．人類就是這樣通過光的行為，經(jīng)過分析和研究，逐漸認(rèn)識光的本性的．

二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析

1、這一章的內(nèi)容，貫穿一條主線——人類對光的本性的認(rèn)識的發(fā)展過程．結(jié)合各節(jié)內(nèi)容，適當(dāng)穿插物理學(xué)史材料是必要的．這種做法不但可使課堂教學(xué)主動活潑，內(nèi)容豐富，還可以對學(xué)生進(jìn)行唯物辯證思想教育．本節(jié)就課本內(nèi)容，十分簡單，學(xué)生學(xué)起來十分枯燥．課本所提到的內(nèi)容，都是結(jié)論性的，加入一些史料不僅可能而且必要．

2、本節(jié)中學(xué)生初步接觸量子化、二象性、概率波等概念，由于沒有直接的生活經(jīng)驗(yàn)，所以在教學(xué)中要重點(diǎn)讓學(xué)生體會這些概念．

三、主要教學(xué)過程

光學(xué)現(xiàn)象是與人類的生產(chǎn)和日常生活密切相關(guān)的．人類在對光學(xué)現(xiàn)象、規(guī)律的研究的同時，也開始了對光本性的探究．

到了17世紀(jì)，人類對光的本性的認(rèn)識逐漸形成了兩種學(xué)說．

（一）光的微粒說

一般，人們都認(rèn)為牛頓是微粒說的代表，牛頓于1675年曾提出：“光是一群難以想象的細(xì)微而迅速運(yùn)動的大小不同的粒子”，這些粒子被發(fā)光體“一個接一個地發(fā)射出來”．用這樣的觀點(diǎn)，解釋光的直進(jìn)性、影的形成等現(xiàn)象是十分方便的．

在解釋光的反射和折射現(xiàn)象時，同樣十分簡便．當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面時，要發(fā)生反射和折射．在解釋反射現(xiàn)象時，只要假設(shè)光的微粒在與介質(zhì)作用時，其相互作用，使微粒的速度的豎直分量方向變化，但大小不變；水平分量的大小和方向均不發(fā)生變化（因?yàn)樵谶@一方向上沒有相互作用），就可以準(zhǔn)確地得出光在反射時，反射角等于入射角這一與實(shí)驗(yàn)事實(shí)吻合的結(jié)論．

說到折射，笛卡兒曾用類似的假設(shè)，成功地得出了入射角正弦與折射角正弦之比為一常數(shù)的結(jié)論．但當(dāng)光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時，發(fā)生的是近法線折射，即入射角大，折射角小．這時，必須假設(shè)光在光密介質(zhì)的傳播速度較光在光疏介質(zhì)中的傳播速度大才行．

一束光入射到兩種介質(zhì)界面時，既有反射，又有折射．何種情況發(fā)生反射，何種情況下又發(fā)生折射呢？微粒說在解釋這一點(diǎn)時遇到了很大的困難．為此，牛頓提出了著名的“猝發(fā)理論”．他提出：“每一條光線在通過任何折射面時，便處于某種為時短暫的過渡性結(jié)構(gòu)和狀態(tài)之中．在光線的前進(jìn)過程中，這種狀態(tài)每隔相等的間隔（等時或等距）內(nèi)就復(fù)發(fā)一次，并使光線在它每一次復(fù)發(fā)時，容易透過下一個折射面，而在它（相繼）兩次復(fù)發(fā)之間容易被這個面所反射”，“我將把任何一條光線返回到傾向于反射（的狀態(tài)）稱它為‘容易反射的猝發(fā)’，而把它返回到傾向于透射（的狀態(tài)）稱它為‘容易透射的猝發(fā)’，并且把每一次返回和下一次返回之間所經(jīng)過的距離稱它為‘猝發(fā)的間隔’”．如果說“猝發(fā)理論”還能解釋反射和折射的話，那么，以微粒說解釋兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播這一常見的現(xiàn)象，微粒說則完全無能為力了．

（二）光的波動說

關(guān)于光的本性，當(dāng)時還存在另一種觀點(diǎn)，即光的波動說．認(rèn)為光是某種振動，以波的形式向四周圍傳播．其代表人物是荷蘭物理學(xué)家惠更斯．他認(rèn)為，光是由發(fā)光體的微小粒子的振動在彌漫于一切地方的“以太”介質(zhì)中傳播過程，而不是像微粒說所設(shè)想的像子彈和箭那樣的運(yùn)動．他指出：“假如注意到光線向各個方向以極高的速度傳播，以及光線從不同的地點(diǎn)甚至是完全相反的地方發(fā)出時，光射線在傳播中一條光線穿過另一條光線而相互毫不影響，就能完全明白這一點(diǎn)：當(dāng)我們看到發(fā)光的物體時，決不可能是由于從它所發(fā)生的物質(zhì)，像穿過空氣的子彈和箭一樣，通過物質(zhì)遷移所引起的”．他把光比作在水面上投入石塊時產(chǎn)生的同心圓狀波紋．發(fā)光體中的每一個微粒把振動，通過“以太”這種介質(zhì)向周圍傳播，發(fā)出一組組同心的球面波．波面上的每一點(diǎn)，又可以此點(diǎn)為中心，再向外傳播子波．當(dāng)然，這樣的觀點(diǎn)解釋同時發(fā)生反射和折射，比微粒說的“猝發(fā)理論”方便得多，以水波為例，水波在傳播時，反射與折射可以同時發(fā)生．一列水波在與另一列水波相遇時，可以毫無影響的相互通過．

惠更斯用波動說還解釋了光的反射和折射．但他在解釋光自光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)的近法線折射時，需假設(shè)光在光密介質(zhì)中的傳播速度較?。F(xiàn)代光速的測定表明，波動說在解釋折射時依據(jù)的假設(shè)是正確的：光在光密介質(zhì)中傳播時光速較?。?7世紀(jì)時，光速的測量尚在起步階段，誰是誰非，沒有定論．

當(dāng)然，光的波動說在解釋光的直進(jìn)性和何以能在傳播時，會在不透明物體后留下清晰的影子等問題也遇到困難．

可見，光的微粒說和波動說在解釋光學(xué)現(xiàn)象時，都各有成功的一面，但都不能完滿地解釋當(dāng)時所了解的各種光學(xué)現(xiàn)象．

在其后的100多年中，主要由于牛頓的崇高地位及聲望，因而微粒說一直占主導(dǎo)地位，波動說發(fā)展很緩慢．人類對光本性的認(rèn)識，還期待新的現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)．直到19世紀(jì)初，人們發(fā)現(xiàn)了光的干涉現(xiàn)象，進(jìn)一步研究了光的衍射現(xiàn)象．干涉和衍射是波動的重要特征，從而光的波動說得到迅速發(fā)展．人類對光的本性的認(rèn)識達(dá)到一個新的階段．

（三）牛頓理論中的波動性思想

作為一代物理學(xué)大師的牛頓，是提倡了微粒說，但他卻并不排斥波動說．他根據(jù)他所做過的大量實(shí)驗(yàn)和縝密的思考，提出了不少卓越的、富有啟發(fā)性的思想．在關(guān)于顏色的見解上，他提出“不同種類的光線，是否引起不同大小的振動，并按其大小而激起不同的顏色感覺，正像空氣的振動按其大小而激起不同的聲音感覺一樣？而且是否特別是那些最易折射的光線激起最短的振動以造成深紫色的感覺，最不易折射的光線激起最長的振動，以造成深紅色的感覺，而介于兩者之間的各種光線激起各種中間大小的振動而造成中間顏色的感覺？”

他同時還提出：“扔一塊石頭到平靜的水面中，由此激起的水波將在石頭落水的地方持續(xù)一段時間，并從這里以同心圓的形式在水面上向遠(yuǎn)處傳播．空氣用力撞擊所激起的振動和顫動也將持續(xù)少許時間，并從撞擊處以同心球的形式傳播到遠(yuǎn)方，與此相似，當(dāng)光線射到任何透明體的表面并在那里折射或反射時，是不是因此就要在反射或折射介質(zhì)中入射點(diǎn)的地方，激起振動和顫動的波，而且這種振動總能在那里發(fā)生并從那里傳播出去．”

在解釋光現(xiàn)象中，牛頓還多次提出了周期性的概念．而具有周期性，也是波動的一個重要特征．提出波動說的惠更斯卻否認(rèn)振動或波動的周期性．因此，對牛頓來說，在他的微粒說理論中包含有波動說的合理因素．究竟誰是誰非，牛頓認(rèn)為“我只是對尚待發(fā)現(xiàn)的光和它對自然結(jié)構(gòu)的那些效果開始作了一些分析，對它作了幾點(diǎn)提示，而把這些提示留待那些好奇的人們進(jìn)一步去用實(shí)驗(yàn)和觀察來加以證明和改進(jìn)．”牛頓的嚴(yán)謹(jǐn)，兼收并蓄的科學(xué)態(tài)度是值得我們學(xué)習(xí)的，恐怕這也是他成為物理學(xué)大師的原因之一．

（四）理解光的波粒二象性

1、動畫（參考媒體資料中的動畫“光的波粒二象性”）：當(dāng)我們用很弱的光做雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時，將感光膠片放在屏的位置上，會看到什么樣的照片呢？為什么會有這種現(xiàn)象？

分析圖片：

結(jié)論：

1、左側(cè)圖片清晰的顯示了光的粒子性．

2、光子落在某些條形區(qū)域內(nèi)的可能性較大（對于波的干涉即為干涉加強(qiáng)區(qū)），說明光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性的大小可以用波動規(guī)律進(jìn)行解釋．

得出：光波是一種概率波，概率表征某一事物出現(xiàn)的可能性．

2、讓學(xué)生回憶在研究分子熱運(yùn)動時做過的伽爾頓板實(shí)驗(yàn)：

教師總結(jié)：伽爾頓板實(shí)驗(yàn)中，單個小球下落的位置是不確定的,但是它落在中間狹槽的可能性要大一些，即小球落在中間的概率較大．

3、思考與討論：

（書中的思考）根據(jù)你的理解，說明概率的意義，舉出幾個日常生活中的或科學(xué)中的事例，說明哪些事件是個別出現(xiàn)時看不出什么規(guī)律，而大量出現(xiàn)時則顯示出一定的規(guī)律性．

教師總結(jié)：

生活中，涉及概率統(tǒng)計(jì)的事件很多，例如：在研究分子熱運(yùn)動時，研究單個分子的運(yùn)動是毫無意義的，需要研究的是大量分子整體表現(xiàn)出來的規(guī)律，這叫做統(tǒng)計(jì)規(guī)律．

4、讓我們換一個角度思考——仍然考慮雙縫干涉實(shí)驗(yàn)

當(dāng)光源和感光膠片之間不可能同時有兩個和多個光子時，長時間曝光得到的照片仍然和光源很強(qiáng)、曝光時間較短時一樣，則光的波動性不是光子之間的相互作用引起的．

結(jié)論：波動性是光子本身的一種屬性

（五）方法總結(jié)

光既表現(xiàn)出波動性，又表現(xiàn)出粒子性，由于微觀世界的某些屬性與宏觀世界不同，而我們的經(jīng)驗(yàn)僅局限于宏觀物體的運(yùn)動．在生活中找不到一個既具有粒子性、又具有波動性的物理模型幫助我們研究光子的規(guī)律．

隨著人類認(rèn)識的范圍不斷擴(kuò)大，不可能直接感知的事物出現(xiàn)在我們的眼前，需要我們建立新的模型，提出新的理論來進(jìn)行研究，對于一種模型，只要能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，它就能在一定范圍內(nèi)表示所研究對象的規(guī)律．

四、例題分析（參考備課資料中的典型例題）

五、教學(xué)說明

人類對自然的探索精神，是激勵學(xué)生學(xué)習(xí)的動力．自本節(jié)起，其后的物理各章節(jié)中，包含了大量的物理學(xué)史內(nèi)容．充分利用這些寶貴資料，恰當(dāng)結(jié)合教材內(nèi)容，既能充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，又可以自然地對學(xué)生進(jìn)行辯證唯物主義思想教育，以利于對學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)造性精神的培養(yǎng)．

典型例題

例1光的_________和___________現(xiàn)象說明光具有波動性，__________現(xiàn)象說明光具有粒子性．我們無法只用其中一種觀點(diǎn)說明光的一切行為，因而認(rèn)為光具有__________性．

答案：干涉，衍射，光電效應(yīng)，波粒二象

例2根據(jù)光與水波的類比，試解釋在淺海灘邊，不論海中波浪向什么方向傳播，當(dāng)?shù)竭_(dá)岸邊時為什么總是沿著大約垂直于岸的方向傳來？提示：波在淺水中傳播時，水越淺，波速越小．

分析：因?yàn)楣鈴墓馐杞橘|(zhì)向光密介質(zhì)傳播時，光的傳播速度減小，折射角小于入射角，折射線向法線靠攏．如果光在折射率逐漸遞增的連續(xù)介質(zhì)中傳播，可以設(shè)想把連續(xù)介質(zhì)分成許多薄層，光從折射率較小的薄層逐漸進(jìn)入折射率較大的薄層時，折射線會越來越向法線靠攏，最終趨向于接近法線的方向．

從深處向海灘邊傳播的水波，波速也逐漸減小，根據(jù)與光的類比，仿佛進(jìn)入折射率逐漸增大的介質(zhì)，所以它的傳播方向跟垂直海岸的方向線之間的夾角也逐漸減小，最終必將沿著大約垂直海岸的方向傳來，并且，這個結(jié)果與海浪向什么方向傳播無關(guān)．

水波與光波的類比可用圖表示．

討論：惠更斯通過光波與水波等類比提出光的波動說時，由于當(dāng)時還無法深刻認(rèn)識到光的本性，從類比得一個錯誤的結(jié)論，認(rèn)為光跟聲波一樣是縱波．這樣，也就無法用波動說解釋橫波所特有的偏振等光現(xiàn)象．因此，在當(dāng)年關(guān)于光的本性的論戰(zhàn)中顯得被動，再加上牛頓在科學(xué)界的崇高威望，很長一段時期中微粒說處于主導(dǎo)地位．

例3光既具有波動性，又具有粒子性。大量光子表現(xiàn)出的_________強(qiáng)，少量光子表現(xiàn)出的________強(qiáng)；頻率高的光子表現(xiàn)出的_________強(qiáng)，頻率低的光子表現(xiàn)出的_________強(qiáng)．

答案：波動性，粒子性，粒子性，波動性

第三篇：高三物理教案——《光的波粒二象性》

交流教案

會員交流資料

光的波粒二象性

教學(xué)目標(biāo)

1．知識目標(biāo)

1)了解事物的連續(xù)性與分立性是相對的.2)了解光既具有波動性,又具有粒子性.3)也解光是一種概率波.2．能力目標(biāo)。

結(jié)合數(shù)學(xué)知識理解物理原理的綜合遷移能力.3.德育目標(biāo)

結(jié)合物理學(xué)史使學(xué)生了解到科學(xué)理論的建立過程,滲透科學(xué)研究方法的教育.重點(diǎn)難點(diǎn)分析：

光的一種概率波是重點(diǎn)；理解光子的波動規(guī)律是難點(diǎn)。教學(xué)設(shè)計(jì)思路：

引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識概率的概念.光波和機(jī)械波在本質(zhì)上完全不同.決定光子在空間不同位置出現(xiàn)概率的規(guī)律表現(xiàn)為波的規(guī)律,我們在這種意義上說光是一種波.在課本圖22—3的實(shí)驗(yàn)中，光子在和感光膠片作用時的表現(xiàn)和通常的粒子一樣，在通過狹縫時卻和我們印象中的波一樣，這點(diǎn)是很不容易接受的．但是，要說明，實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，人的直接經(jīng)驗(yàn)十分有限，在這種情況下我們就要設(shè)想一種模型，盡管以日常經(jīng)驗(yàn)來衡量，這個模型的行為十分古怪，但是只要能與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，它就能夠在一定范圍內(nèi)正確代表所研究的對象．

本節(jié)的閱讀材料《康普頓效應(yīng)》和上節(jié)的閱讀材料《熱輻射和普朗克的量子說》對于理解量子化、波粒二象性等概念都有幫助，指導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真閱讀． 教學(xué)媒體: 課件 教學(xué)過程：

（一）引入新課

光的本質(zhì)是什么?有誰能夠講一講你在這方面所了解到的內(nèi)容?

確實(shí)，對光的本質(zhì)的認(rèn)識，在物理學(xué)發(fā)展史上有著曲折的過程，而且有過激烈的爭論．爭論的焦點(diǎn)為——光到底是粒子還是波．而且都試圖把光的本性歸結(jié)到自己的觀點(diǎn)之中，但事實(shí)未能使人們?nèi)缭福?/p>

光的干涉、衍射雄辯地說明光是一種波，光電效應(yīng)等現(xiàn)象又無可非議地說明光是粒子(當(dāng)然這里的波已不再是惠更斯提出的在“以太”中傳播的彈性脈動波，而這里的粒子也不再是牛頓微粒說中的彈性粒子，而是光子)，最終人們不得不承認(rèn)，光既有波動性又有粒子性，即光具有波粒二象性這樣一個事實(shí)．

（二）新課活動

一、光是一種波，同時也是一種粒子，光具有波粒二象性．

為了更好地說明光具有波粒二象性，讓我們循著前人的足跡來回顧一下有關(guān)

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會員交流資料的實(shí)驗(yàn)．

介紹實(shí)驗(yàn)：用微弱的光照射雙縫，并使光通過雙縫到達(dá)光屏(感光膠片)，在照射時間不。太長的情況下，膠片上的點(diǎn)跡是隨機(jī)、散落而且是毫無規(guī)律的．這個事實(shí)說明了光是“一份一份”的粒子．

1、光是粒子(光子)．

對于隨機(jī)散落的光子，隨著照射時間的延長，膠片上的痕跡表現(xiàn)出光在某個區(qū)域落腳的可能性較大，而在另一些區(qū)域分布較少的規(guī)律性分布。該分布的情況恰好與用強(qiáng)光照射(此時可認(rèn)為光是連續(xù)的)形成干涉條紋的情況相吻合，這種規(guī)律性與波動的規(guī)律一致．所以我們說光是一種波．

2、光是一種波．

單個光子的隨機(jī)性與大量光子的規(guī)律性也體現(xiàn)了對事物認(rèn)識的一個重要觀點(diǎn)，這就是：

3、分立性與連續(xù)性是相對的．

光子的行為服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律．干涉加強(qiáng)處表示光子到達(dá)的數(shù)目多，從統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)來看就是光子在該處出現(xiàn)的概率大，干涉減弱處表示光子到達(dá)的數(shù)目少，也就是光子在該處出現(xiàn)的概率?。@種概率的大小服從波動規(guī)律，因此我們把光波叫做概率波．光子在空間各點(diǎn)出現(xiàn)的可能性大?。ǜ怕剩┛梢杂貌▌右?guī)律來描述。

引導(dǎo)學(xué)生談對概率的理解。

4、光是一種概率波。

從經(jīng)典物理學(xué)的角度上講，波動應(yīng)該是質(zhì)點(diǎn)間相互作用的結(jié)果．在這里，光子具有波動性就應(yīng)該是光子與光子作用的結(jié)果．但人們發(fā)現(xiàn)在上述雙縫實(shí)驗(yàn)中，假使光很弱，弱到光子一個一個地射向膠片(這時排除了光子間有相互作用)，在照射時間足夠長時，底片上最終還是形成了干涉圖樣，這說明波動性不是由于光子間相互作用引起的，而是單個光子的固有屬性． 更有趣的是，盡管讓光子一個一個地通過狹縫，如果擋住一個縫，干涉條紋不再出現(xiàn)，好像一個獨(dú)立運(yùn)動的光子能“知道”另一個狹縫的存在似的．這一點(diǎn)似乎讓人不可思議，其實(shí)這也說明波動性恰是光子的固有特性。

二、建立模型是科學(xué)研究的需要.模型的正確與否要看其能否正確反映研究對象的客觀規(guī)律．

閱讀教材第49頁最后兩段．

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這部分內(nèi)容告訴我們，對微觀領(lǐng)域不能抱著宏觀的、固有的模式去理解，而應(yīng)建立一個全新的模型．只要該模型能正確地代表研究對象，很好地解釋其現(xiàn)象和規(guī)律，則可承認(rèn)其正確性．光的波粒二象性正是這樣一個“古怪”而被事實(shí)證明是正確的模型．

（三）小結(jié)

i.微粒性與波動性的相互聯(lián)系與滲透。ii.波動性與微粒性互相轉(zhuǎn)化。iii.用概率的思想理解光波。

（四）鞏固練習(xí)

1、對于光的波粒二象性的說法中，正確的是()

A．一束傳播的光，有的光是波，有的光是粒子

B．光子與電子是同樣一種粒子，光波與機(jī)械波同樣是一種波

巳光的波動性是由于光子間的相互作用而形成的

D．光是一種波，同時也是一種粒子．光子說并未否定電磁說，在光子能量E=hν中，頻率，ν仍表示的是波的特性

2、用功率Po=1W的光源，照射寓光源r=1m處的某塊金屬薄片．已知光源發(fā)出的波長λ=600nm的單色光，試計(jì)算：

(1)每單位時間內(nèi)打到金屬板／m2面積上的光子數(shù)．

(2)若取該金屬原子半徑r1=0.5×10-10m，則金屬表面上每個原子平均需要用多少時間才能接收到一個光子?

（五）布置作業(yè)

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第四篇：06波粒二象性讀書提綱答案

《波粒二象性》讀書提綱答案

1、一般材料的物體輻射電磁波與哪些因數(shù)有關(guān)？黑體呢？

2、畫出黑體輻射輻射強(qiáng)度隨著溫度變化關(guān)系圖，并用語言說說隨著溫度升高輻射的兩條特點(diǎn)。

3、簡述普朗克的量子論。

4、波特有的現(xiàn)象有哪些？

5、誰最先發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)現(xiàn)象？誰研究了光電效應(yīng)現(xiàn)象？

6、光電效應(yīng)的四條實(shí)驗(yàn)規(guī)律是什么？

7、愛因斯坦對光電效應(yīng)的解釋是什么？

8、什么叫康普頓效應(yīng)？康普頓效應(yīng)能說明什么問題？實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是散射光的波長會發(fā)生怎樣的變化？如何解釋？

9、哪些現(xiàn)象能說明光具有粒子性？

10、以光的雙縫干涉為例說說光是概率波的原因？

11、誰最先提出一切實(shí)物粒子都具有波粒二象性？物質(zhì)波的波長如何計(jì)算？什么實(shí)驗(yàn)?zāi)苷f明實(shí)物粒子具有波動性。

12、列舉湯姆孫父子的貢獻(xiàn)。

13、光學(xué)顯微鏡分辨率的受到什么限制而無法提高？

14、現(xiàn)在較為先進(jìn)的顯微鏡是什么顯微鏡？如何提高分辨率的？

15、寫出愛因斯坦光電方程，并說說各個物理量的含義，并畫出圖像。

16、按照頻率減小的順序?qū)懗鲭姶挪ㄗV。并寫出各個波段產(chǎn)生機(jī)理，和主要特點(diǎn)及應(yīng)用。

17、列舉密立根的貢獻(xiàn)。

18、在什么情況下光表現(xiàn)出很強(qiáng)的粒子性，在什么情況下光表現(xiàn)出很強(qiáng)的波動性？

19、在微觀物理學(xué)中可否用軌跡來描述粒子的運(yùn)動？為什么？

20、聯(lián)系宏觀和微觀的橋梁是什么？聯(lián)系波動性和粒子性的橋梁是？

《波粒二象性》讀書提綱答案

1、一般材料的物體，輻射電磁波的情況除與溫度有關(guān)外還與材料的種類及表面情況有關(guān)。

黑體輻射只與溫度有關(guān)。

2、見3-5課本P28，隨著溫度的升高，各種波長的輻射都增強(qiáng)，峰值向波長較短的方向移動。

3、普朗克認(rèn)為電磁波的發(fā)射和接收時是一份一份不連續(xù)的能量子：E=hν其中E為能量子

h為普朗克常量ν為電磁波的頻率。

4、波特有的現(xiàn)象有：干涉、衍射、多普勒效應(yīng)等。

5、赫茲在研究電磁波的發(fā)射與接收時最早發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)現(xiàn)象。P.勒納德 J.J.湯姆孫研究了

光電效應(yīng)規(guī)律。

－

6、光電效應(yīng)的四條規(guī)律是（1）存在極限頻率（2）瞬時性，時間小于109s（3）存在反向

遏止電壓且只與入射光的頻率有關(guān)（4）存在飽和電流

7、（1）選擇性吸收：只吸收頻率符合條件的光子，所以存在極限頻率（無法通過積累來

實(shí)現(xiàn)）（2）一對一，即一個電子只吸收一個光子形成光電子，所以具有瞬時性（無法通過積累來實(shí)現(xiàn)）；也是具有飽和電流的根本原因，受到入射光子數(shù)目的限制（3）愛因斯坦光電方程EK=hν－W0且Ue=EK（W0為該金屬的逸出功；U為反向遏止電壓；EK最大初動能）所以Ue= hν－W0所以反向遏止電壓唯一地取決于入射光的頻率而與該頻率入射光的強(qiáng)弱無關(guān)。（圖見3-5課本P31的17.2-3）

8、散射光的波長變長的現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)，康普頓效應(yīng)說明光子具有能量也具有動量。

9、光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)都能說明光子具有粒子性。

10、圖見3-5課本P41圖17.4-2，少數(shù)光子的運(yùn)動表現(xiàn)出粒子性隨機(jī)性；大量光子的運(yùn)動表

現(xiàn)為波動性，明條紋處說明光子到達(dá)的幾率多一些，暗條紋處說明光子到達(dá)的幾率低一些。所以說光是概率波。

11、德布羅意最先提出物質(zhì)波的概念，從而說明實(shí)物粒子和光子一樣具有波粒二象性。λ=h/p.電子的衍射實(shí)驗(yàn)說明實(shí)物粒子具有波動性。

12、J.J.湯姆孫（父）研究光的效應(yīng)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)電子為原子的組成部分，打破了原子不可再分的神話；G.P.湯姆孫（子）電子束的衍射實(shí)驗(yàn)，證明運(yùn)動的實(shí)物粒子具有波動性。

13、衍射現(xiàn)象。

14、電子顯微鏡，減小波長從而減小入射光的衍射現(xiàn)象。

15、愛因斯坦光電方程EK=hν－W0（W0為該金屬的逸出功EK最大

初動能；ν入射光的頻率）圖像為傾斜直線，斜率為普朗克常量，－W橫軸截距為極限頻率，縱軸截距為逸出功的相反數(shù)。

16、γ射線（原子核能級躍遷產(chǎn)生的，示蹤原子，光刀）、X射線（原子內(nèi)層電子受到激發(fā)產(chǎn)生的，拍片、透視）、紫外線（原子外層電子受到激發(fā)產(chǎn)生的，具有顯著的熒光效應(yīng)、殺滅細(xì)菌）、可見光（原子外層電子受到激發(fā)產(chǎn)生的）、紅外線（原子外層電子受到激發(fā)產(chǎn)生的，具有顯著的熱效應(yīng)）、電磁波（振蕩電路產(chǎn)生的）。

17、油滴實(shí)驗(yàn)，較為精確的測定了電子的帶電量，說明帶體的帶電量總是元電荷的整數(shù)倍，說明電量也是量子化的。較為精確的測定普朗克常量，驗(yàn)證了光電方程的正確性。

18、碰撞時（如光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)）、少量光子、頻率較高的光子表現(xiàn)為粒子性；傳播時、大量光子、頻率較低的光子表現(xiàn)為波動性。

19、不能，不確定關(guān)系（見3-5課本P43）

20、聯(lián)系宏觀和微觀的橋梁是阿伏伽德羅常數(shù)；聯(lián)系波動性和粒子性的橋梁是普朗克常量。

第五篇：關(guān)于微觀粒子波粒二象性的討論

關(guān)于微觀粒子波粒二象性的討論

關(guān)于光,現(xiàn)代讀工科的人大致都知道光有波粒二象性;從量子物理中,不僅光,微觀粒子都具有波粒二象性;宏觀物質(zhì)物質(zhì)由微觀粒子組成,也會表現(xiàn)出波粒二象性.一個名顯的例子就是,物質(zhì)大致都會輻射出一定頻率的光譜,能過接收光譜可以分析物質(zhì).如軍事上的紅外追蹤,夜視等技術(shù).這從觀念上是有點(diǎn)難以理解,活生生的人怎么就能波動了呢.但是理論上就是這樣的.一般說來質(zhì)量大的物質(zhì)表現(xiàn)出強(qiáng)的粒子性,質(zhì)量小的粒子表現(xiàn)出波動性.象光子這樣的小質(zhì)量,就是波動我典型,象宏觀物質(zhì)就是粒子的典型.微觀粒子的波粒二象性不是同時能表現(xiàn)出來的,這就是不確定原理.這里量子物理我理論基礎(chǔ).玻爾認(rèn)為不確定性原理是由于波粒二象性決定的;得布羅意說，任何物質(zhì)都具有波的性質(zhì)，同時具有粒子的性質(zhì)，你不可能同時對這兩種性質(zhì)進(jìn)行觀察，你作為一個粒子來檢測它時，會遺漏它作為波的性質(zhì)；同樣，你檢驗(yàn)它波的性質(zhì)，就會遺漏它粒子的特征。這和人的品格有多么相似呀.世界上大體上沒有絕對的好人與壞人.人在一定的情況下是好人,在另外的情況下又是壞人.也就是說人既是好人又是壞人．在一個人某些情況下你只能看到他好的一面，在另外的情況下只能看到他壞的一面；或者在一些人看來，他是好的，另外的人則相反．但是事實(shí)上他確實(shí)是好人與壞人的混合體．這樣的例子太多了，以至于所有人都能知道．說到這里，好象又有哲學(xué)的味道．

羅素看來對哲學(xué)作出了比較好的解釋：＂哲學(xué)，就我對這個詞的理解來說，乃是某種介乎神學(xué)與科學(xué)之間的東西。它和神學(xué)一樣，包含著人類對于那些迄今仍為確切的知識所不能肯定的事物的思考；但是它又象科學(xué)一樣是訴之于人類的理性而不是訴之于權(quán)威的，不管是傳統(tǒng)的權(quán)威還是啟示的權(quán)威。一切·確·切·的知識——我是這樣主張的——都屬于科學(xué)；一切涉及超乎確切知識之外的·教·條都屬于神學(xué)。但是介乎神學(xué)與科學(xué)之間還有一片受到雙方攻擊的無人之域；這片無人之域就是哲學(xué)。＂

再回過頭來看量子物理學(xué)，量子物理一定不是神學(xué)，那它是確切的知道嗎．如果從量子力學(xué)的三大支柱來說，似乎是確切的．但是，就象量子物理簡史中提到的，量子物理的解釋就象上帝投骰子一樣不確定，似乎沒有確定．從這一方面來說，就是哲學(xué)．更有意思的是，根據(jù)量子物理，如果人們意識是想測量微觀粒子的粒子性，它就表現(xiàn)出粒子性．如果人們意識是想測微觀粒子的波動性，它就表現(xiàn)出波動性，這簡直就是哲學(xué)．科學(xué)研究出來的竟是哲學(xué)問題．這說明了，就象羅素所理解的那樣，量子力學(xué)其實(shí)還在發(fā)展之中．只能從物理現(xiàn)象上去解釋，如果從理論上去解釋，就要數(shù)學(xué)和物理學(xué)的共同進(jìn)展了．電子的波動性和粒子性的統(tǒng)一

電子衍射的實(shí)驗(yàn)，無可爭辯地證明了電子這種實(shí)物微粒的運(yùn)動確實(shí)具有波動性，這種波動性和宏觀的波有相似的地方，例如：都是實(shí)物或場的某種性質(zhì)在空間和時間方面周期性的擾動的表現(xiàn)。究竟怎樣把以連續(xù)分布于空間為特征的波動

性和以分立分布為特征的粒子性統(tǒng)一起來呢？波恩提出了較為合理的“統(tǒng)計(jì)解釋”。

玻恩概率波

光和微觀粒子的波粒二象性如何統(tǒng)一的問題是人類認(rèn)識史上最令人困惑的問題，至今不能說問題已經(jīng)完全解決（盧瑟福的α粒子散射實(shí)驗(yàn)證明物質(zhì)的結(jié)構(gòu)是核式的（這種模型被稱為核式結(jié)構(gòu)模型），原子如此，光子、電子、質(zhì)子、大到天體都有自己的核心，都有繞核心運(yùn)動的物質(zhì)存在，每個核式結(jié)構(gòu)體在運(yùn)動中由于核式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，都做具有波動的直線運(yùn)動，都有測不準(zhǔn)的因素（不確定性原理）存在，都有量子化的物理特征，各有能級的存在，各有特定的能量吸收才可以發(fā)生躍遷。張各高中物理教師提出的自己的觀點(diǎn)，歡迎指正）1926年M.玻恩提出概率波解釋，較好地解決了這個問題。按照概率波解釋，描述粒子波動性所用的波函數(shù)Ψ(x、y、z、t)是概率波，而不是什么具體的物質(zhì)波；波函數(shù)的絕對值的平方

|ψ|2=ψ*ψ表示時刻t在x、y、z處出現(xiàn)的粒子的概率密度，ψ*表示ψ 的共軛波函數(shù)。在電子通過雙孔的干涉實(shí)驗(yàn)中，|ψ|2=|ψ1+ψ2|2=|ψ1|2+|ψ2|2+ψ1*ψ2+ψ1ψ2*，強(qiáng)度|ψ|2大的地方出現(xiàn)粒子的概率大，相應(yīng)的粒子數(shù)多，強(qiáng)度弱的地方，|ψ|2小，出現(xiàn)粒子的概率小，相應(yīng)的粒子數(shù)少，ψ1*ψ2+ψ1ψ2*正是反映干涉效應(yīng)的項(xiàng)，不管實(shí)驗(yàn)是在粒子流強(qiáng)度大的條件下做的，還是粒子流很弱，讓粒子一個一個地射入，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，兩者所得的干涉條紋結(jié)果是相同的。

在粒子流很弱、粒子一個一個地射入多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)中顯示的干涉效應(yīng)表明，微觀粒子的波動性不是大量粒子聚集的性質(zhì)，單個粒子即具有波動性。于是，一方面粒子是不可分割的，另一方面在雙孔實(shí)驗(yàn)中雙孔又是同時起作用的，因此，對于微觀粒子談?wù)撍倪\(yùn)動軌道是沒有意義的。由于微觀粒子具有波粒二象性，微觀粒子所遵從的運(yùn)動規(guī)律不同于宏觀物體的運(yùn)動規(guī)律，描述微觀粒子運(yùn)動規(guī)律的量子力學(xué)也就不同于描述宏觀物體運(yùn)動規(guī)律的經(jīng)典力學(xué)。

目前，人們對于物質(zhì)波的本質(zhì)，即它究竟有粒子的何種性質(zhì)的擾動產(chǎn)生的，沒有象經(jīng)典的機(jī)械波或電磁波那樣了解得具體。有待于對微觀內(nèi)部結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步深入研究的基礎(chǔ)上再來加深探索。不過，說電子等的運(yùn)動有波性，決不能理解為一個電子象波那樣分布于一個一定大小的空間區(qū)域，或理解為電子在空間的振動。目前，只能把它理解為電子運(yùn)動時，它在空間不同區(qū)域出現(xiàn)的幾率是由其波動性所控制的。此外，當(dāng)我們說到電子等實(shí)物微粒具有粒子性時，也要注意到在某種條件下，它的運(yùn)動規(guī)律是無法用經(jīng)典力學(xué)規(guī)律來解釋的。例如，從經(jīng)典力學(xué)的“質(zhì)點(diǎn)”觀點(diǎn)看來，電子（即可以是大量的，也可近乎獨(dú)立發(fā)射的）在同樣條

件下，通過晶體應(yīng)該到達(dá)照相底片上的同一點(diǎn)，而不應(yīng)該有衍射現(xiàn)象。這就是說，在這些條件下電子是沒有確定的軌道的，并不遵循牛頓力學(xué)定律，只表現(xiàn)有一定的與波的強(qiáng)度成正比的幾率分布規(guī)律。這就是由“不確定關(guān)系”所精確地表達(dá)的。

目前還無實(shí)驗(yàn)顯明單一粒子無波動性，即便某一理論證明波是大量粒子的統(tǒng)計(jì)分布，也無法否定單一粒子波動性，因?yàn)檫@在邏輯上是講不通的，也無法說明大量粒子的統(tǒng)計(jì)分布中波的真正來源。

對單一粒子，比如氫原子，其核外電子亦是沒有確定的軌道的，怎能說單一的電子沒有波動性呢？其實(shí)，正是電子自身的波動性決定了其幾率分布！

再有，如果說單一粒子無波動性，那么從質(zhì)能關(guān)系上看，作為表征運(yùn)動的能量概念，粒子的能量E=MC2中的能量是什么呢？它反映了什么運(yùn)動呢？其所確切對應(yīng)的Ｅ＝ｈν中ν的是什么含義呢？

還有，實(shí)驗(yàn)表明，一個粒子自身也可以產(chǎn)生干涉，單個“電子實(shí)體”如何通

過雙縫？難道一個粒子同時可以通過兩個縫？幾率波是數(shù)學(xué)波，而電子波有真實(shí)的物理作用，數(shù)學(xué)波與物理實(shí)在的關(guān)系如何處理？

毫不奇怪，一個粒子同樣具有“波粒二相性”--物質(zhì)是運(yùn)動的，沒有不運(yùn)動的物質(zhì)，因此運(yùn)動是物質(zhì)的根本屬性；而該屬性在微觀狀態(tài)上必定表現(xiàn)為波動性。一個粒子表現(xiàn)為一條穿越時空的河，同時進(jìn)入兩個狹縫是必須的。不要把一個粒子想象為一個雞蛋，粒子是一個電磁場的存在形式，電磁震蕩是它的存在方式而這種粒子性是震蕩中的一個態(tài)，通過狹逢的是另一個態(tài)，那個態(tài)是電磁波能的態(tài)，是粒子的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為電磁波能的態(tài)，而波能態(tài)是可以同時繞過兩個狹縫的。光的波粒二象性

狀態(tài)。波函數(shù)具有疊加性，即，它們能夠像波一樣互相干涉和衍射。同時，波函數(shù)也被解釋為描述粒子出現(xiàn)在特定位置的幾率幅。這樣，粒子性和波動性就統(tǒng)一在同一個解釋中。

之所以在日常生活中觀察不到物體的波動性，是因?yàn)樗麄兊馁|(zhì)量太大，導(dǎo)致特征波長比可觀察的限度要小很多，因此可能發(fā)生波動性質(zhì)的尺度在日常生活經(jīng)驗(yàn)范圍之外。這也是為什么經(jīng)典力學(xué)能夠令人滿意地解釋“自然現(xiàn)象”。反之，對于基本粒子來說，它們的質(zhì)量和尺度決定了它們的行為主要是由量子力學(xué)所描述的，因而與我們所習(xí)慣的圖景相差甚遠(yuǎn)。德布羅意假設(shè)

愛因斯坦提出光的粒子性后，路易·維克多·德布羅意做了逆向思考，他在論文中寫到：19世紀(jì)以來，只注重了光的波動性的研究，而忽略了粒子性的研究，在實(shí)物粒子的研究方面，是否犯了相反的錯誤呢？1924年，他又注意到原子中電子的穩(wěn)定運(yùn)動需要引入整數(shù)來描寫，與物理學(xué)中其他涉及整數(shù)的現(xiàn)象如干涉和振動簡正模式之間的類似性，由此構(gòu)造了德布羅意假設(shè)，提出正如光具有波粒二象性一樣，實(shí)物粒子也具有波粒二象性。他將這個波長λ和動量p聯(lián)系為：λ=h/p=h/mv

m：質(zhì)量 v：速度 h：普朗克常數(shù)

這是對愛因斯坦等式的一般化，因?yàn)楣庾拥膭恿繛閜 = E / c（c為真空中的光速），而λ = c / ν。

德布羅意的方程三年后通過兩個獨(dú)立的電子散射實(shí)驗(yàn)被證實(shí)。在貝爾實(shí)驗(yàn)室Clinton Joseph Davisson和Lester Halbert Germer以低速電子束射向鎳單晶獲得電子經(jīng)單晶衍射，測得電子的波長與德布羅意公式一致。在阿伯丁大學(xué)，G·P湯姆孫以高速電子穿過多晶金屬箔獲得類似X射線在多晶上產(chǎn)生的衍射花紋，確鑿證實(shí)了電子的波動性；以后又有其他實(shí)驗(yàn)觀測到氦原子、氫分子以及中子的衍射現(xiàn)象，微觀粒子的波動性已被廣泛地證實(shí)。根據(jù)微觀粒子波動性發(fā)展起來的電子顯微鏡、電子衍射技術(shù)和中子衍射技術(shù)已成為探測物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)分析的有力手段。

德布羅意于1929年因?yàn)檫@個假設(shè)獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。湯姆孫和戴維遜因?yàn)樗麄兊膶?shí)驗(yàn)工作共享了1937年諾貝爾物理學(xué)獎。