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1、新疆师范大学2013届本科毕业生毕业论念斎疆年他丈钱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
2、又具有粒子性，就称为波粒二象性（简称象 性）。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51. 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
3、言1801年，杨氏进行了著名的杨氏双缝干涉实验。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
4、初以光的波粒二象性告终， 前 后共经历了三百多年的时间。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
5、述了粒子的状态。波函数具有叠加性， 即，它们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陈8 2 以ITT誹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s 和S2。在杨氏试验装置中S,和S2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, s, S2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。