粒子的波動性介紹

1、問題：回顧前面的學(xué)習(xí)，總結(jié)人類對光的本性的認識的發(fā)展過程？,17.3粒子的波動性,光的本性,T/年,波動性,粒子性,1801,托馬斯楊 雙縫干涉 實驗,1814,菲涅耳 衍射實驗,赫茲 電磁波實驗,赫茲 發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng),牛頓微粒說占主導(dǎo)地位,波動說 漸成真理,.,動量和能量是描述粒子性的,頻率和波長則是用來描述波動性的.h架起了粒子性和波動性之間的橋梁。,一.光的波粒二象性,光既具有波動性,又具有粒子性,即光具有波粒二象性.,光子的能量,光子的動量,實物粒子有無波動性呢？,德布羅意原來學(xué)習(xí)歷史，后來改學(xué)理論物理學(xué)。他善于用歷史的觀點，用對比的方法分析問題。 他認為，“整個世紀(jì)以來（指19世紀(jì)）在

2、光學(xué)上,與波動方面的研究相比，忽視了粒子方面的研究;而在實物粒子的研究上，是否發(fā)生了相反的錯誤呢？是不是我們把粒子方面的圖象想得太多，而忽略了波的現(xiàn)象” 他提出假設(shè):實物粒子也具有波動性,德布羅意法國物理學(xué)家，1929年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者，波動力學(xué)的創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠基人之一。,二.粒子的波動性,能量為、動量為p的粒子與頻率為v、波長為的波相聯(lián)系，并遵從以下關(guān)系：,這種和實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波(物質(zhì)波或概率波).其波長稱為德布羅意波長。,V =/ h, =h / p,宏觀物體的波長比微觀粒子的波長小得多，這在生活中很難找到能發(fā)生衍射的障礙物，所以我們并不認為它有波動性作為微觀粒子

3、的電子，其德布羅意波波長為1010m數(shù)量級，找與之相匹配的障礙物也非易事,三.物質(zhì)波的實驗驗證,實驗驗證的思路： 光的干涉和衍射現(xiàn)象是光具有波動性的有力證據(jù)。因此，如果電子、質(zhì)子等實物粒子也真具有波動性，那么它們就應(yīng)該像光波那樣也能發(fā)生干涉和衍射。,在倫琴射線的研究中找到突破 ，證實倫琴射線是電磁波，考慮到電子的德布羅意波長與倫琴射線的波長具有相近的數(shù)量級，1927年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體進行了電子束衍射實驗，從而證實了電子的波動性說明電子具有波粒二象性他們?yōu)榇双@ 1937 年諾貝爾物理學(xué)獎。,電子束穿過鋁箔后的衍射圖像,除了電子以外，后來還陸續(xù)證實了質(zhì)子，中子，以及原子的波動性。,子彈:

4、質(zhì)量為m=10-2Kg,速度v=5.0102m/s，對應(yīng)的德布羅意波長為：,電子:質(zhì)量為m=9.110-31Kg，速度v=5.0107m/s, 對應(yīng)的德布羅意波長為：,太小測不到！ 宏觀物體波動性不明顯,X射線波段 微觀粒子波動性明顯,對德布羅意物質(zhì)波的理解 1任何物體，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽都存在波動性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動性，是因為宏觀物體對應(yīng)的波長太小的緣故 2德布羅意波是一種概率波，粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受波動規(guī)律支配，不要以宏觀觀點中的波來理解德布羅意波 3德布羅意假說是光子的波粒二象性的一種推廣，使之包括了所有的物質(zhì)粒子，即光子與實物粒子都具有粒子性，又都具有

5、波動性，與光子對應(yīng)的波是電磁波，與實物粒子對應(yīng)的波是物質(zhì)波,1、光學(xué)顯微鏡的原理 使用無限遠光學(xué)系統(tǒng)的顯微鏡主要由物鏡、管鏡和目鏡組成。標(biāo)本經(jīng)物鏡和管鏡放大后，形成放大倒立的實象；實象經(jīng)目鏡再次放大后，形成放大的虛象。,科學(xué)漫步,2、電子顯微鏡的原理 電子顯微鏡是根據(jù)電子光學(xué)原理，用電子束和電子透鏡代替光束和光學(xué)透鏡，使物質(zhì)的細微結(jié)構(gòu)在非常高的放大倍數(shù)下成像的儀器。,光學(xué)顯微鏡,掃描式電子顯微鏡,電子顯微鏡,課堂小結(jié),光是一種波，同時也是一種粒子，光具有波粒二象性。 光子的能量與動量之間的關(guān)系： =h P=h/ 兩式的物理量和p描述光的粒子性，和描述光的波動性。,實物粒子也具有波動性 一個能量

6、為E、動量為 p 的實物粒子同時具有波動性，動量為 P 的粒子波長：,頻率:,這種與實物粒子相聯(lián)系的波后來稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波。,物質(zhì)波波長：,.下列說法正確的是() A有的光是波，有的光是粒子 B光子與電子是同樣的一種粒子 C光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著 D射線具有顯著的粒子性，不具有波動性,解析：選C.光同時具有波動性和粒子性，只是在有的情況下波動性更顯著，有的情況下粒子性更顯著波長越長，波動性就更顯著，粒子性就越不明顯，波長越短，粒子性就更顯著，波動性就越不明顯，只有C選項正確,變式訓(xùn)練2根據(jù)物質(zhì)波理論，以下說法中正確的是() A微觀粒子有波動性，宏觀物體沒有波動性 B宏觀物體和微觀粒子都具有波動性 C宏觀物體的波動性不易被人觀察到是因為它的波長太長 D速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動性更為明顯,解析：選BD.一切運動的物體都有一種物質(zhì)波與它對應(yīng)，所以宏觀物體和微觀粒子都具有波動性，A選項錯誤，B選項正確宏觀物體的物質(zhì)波波長很短，不易觀察到它的波動性，所以C選項錯誤速度相同的質(zhì)子與電子相比，電子質(zhì)量小，物質(zhì)波波長更長，所以電子波動性更明顯，所以D選項正確,一質(zhì)量為450 g的足球以10 m/s的速度在空中飛行；一個初速度為零的電子，通過電壓為100 V的電場加速試分別計算它們的德布羅意波長其中，電子質(zhì)量為9.1