17.3 粒子的波動性（課堂PPT） (2)

1、.1.2光的本性光的本性1672T/年年1690186419051801托馬斯托馬斯楊楊雙縫干涉雙縫干涉實驗實驗1814菲涅耳菲涅耳衍射實驗衍射實驗赫茲赫茲電磁波實驗電磁波實驗1888赫茲赫茲發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)牛頓微粒說牛頓微粒說占主導(dǎo)地位占主導(dǎo)地位波動說波動說漸成真理漸成真理.3hE hP動量和能量是描述粒子性的動量和能量是描述粒子性的, ,頻率和波長則是用來頻率和波長則是用來描述波動性的描述波動性的. .h h架起了粒子性和波動性之間的橋架起了粒子性和波動性之間的橋梁。梁。一一. .光的波粒二象性光的波粒二象性 光既具有波動性光既具有波動性, ,又具有粒子性又具有粒子性, ,即光具有

2、即光具有波粒二象性波粒二象性. .光子的能量光子的能量光子的動量光子的動量實物粒子有無波動性呢？實物粒子有無波動性呢？.4 德布羅意原來學(xué)習(xí)歷史，后來改學(xué)理德布羅意原來學(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，用對論物理學(xué)。他善于用歷史的觀點，用對比的方法分析問題。比的方法分析問題。 他認(rèn)為，他認(rèn)為，“整個世紀(jì)以來（指整個世紀(jì)以來（指1919世紀(jì)）世紀(jì)）在光學(xué)上在光學(xué)上, ,與波動方面的研究相比，忽視與波動方面的研究相比，忽視了粒子方面的研究了粒子方面的研究; ;而在實物粒子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

3、想得太多，而忽我們把粒子方面的圖象想得太多，而忽略了波的現(xiàn)象略了波的現(xiàn)象” 他提出假設(shè)他提出假設(shè): :實物粒子也具有波動性實物粒子也具有波動性 德布羅意德布羅意法國物理法國物理學(xué)家，學(xué)家，19291929年諾貝爾年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者，波物理學(xué)獎獲得者，波動力學(xué)的創(chuàng)始人，量動力學(xué)的創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠基人之一子力學(xué)的奠基人之一。二二. .粒子的波動性粒子的波動性.5 能量為能量為、動量為、動量為p p的粒子與頻率為的粒子與頻率為v v、波、波長為長為 的波相聯(lián)系，并遵從以下關(guān)系：的波相聯(lián)系，并遵從以下關(guān)系： 這種和這種和實物粒子相聯(lián)系實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意的波稱為德布羅意波波( (物質(zhì)

4、波物質(zhì)波或或概率波概率波).).其波長其波長 稱為德布羅意波稱為德布羅意波長。長。V V = =/ h/ h = =h / h / p p.6 宏觀物體的波長比微觀粒子的波長小得多，這在生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(rèn)為活中很難找到能發(fā)生衍射的障礙物，所以我們并不認(rèn)為它有波動性作為微觀粒子的它有波動性作為微觀粒子的電子電子，其，其德布羅意波波長德布羅意波波長為為1010m數(shù)量級數(shù)量級，找與之相匹配的障礙物也非易事，找與之相匹配的障礙物也非易事三三. .物質(zhì)波的實驗驗證物質(zhì)波的實驗驗證實驗實驗驗證的思路：驗證的思路：光的干涉和衍射現(xiàn)象是

5、光具有波動性的有力證據(jù)。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，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。那么它們就應(yīng)該像光波那樣也能發(fā)生干涉和衍射。.7 在倫琴射線的研究中找到突破在倫琴射線的研究中找到突破 ，證實倫琴射，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，射線的波長具有相近的數(shù)量級，1927年戴維孫和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

6、動性說明電子具有波粒二象而證實了電子的波動性說明電子具有波粒二象性性他們?yōu)榇怂麄優(yōu)榇双@獲 1937 年諾貝爾物理學(xué)獎。年諾貝爾物理學(xué)獎。電子束穿過鋁箔后的衍射圖像電子束穿過鋁箔后的衍射圖像 除了電子以除了電子以外，后來還陸續(xù)外，后來還陸續(xù)證實了質(zhì)子，中證實了質(zhì)子，中子，以及原子的子，以及原子的波動性。波動性。.8類似的實驗： 19271927年，年，湯姆遜電子衍射實驗湯姆遜電子衍射實驗 19601960年，年， 電子雙縫干涉實驗電子雙縫干涉實驗 后來的實驗證明原子、分子、中子等微觀粒子也具后來的實驗證明原子、分子、中子等微觀粒子也具有波動性。有波動性。 德布羅意公式成為揭示微觀粒子波粒二象性德

7、布羅意公式成為揭示微觀粒子波粒二象性的統(tǒng)一性的基本公式的統(tǒng)一性的基本公式. .9X射線衍射電子衍射19271927年，年，G.P.G.P.湯姆孫令一電子束通過薄鋁箔，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，湯姆孫令一電子束通過薄鋁箔，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同同X X射線一樣，也能得到清晰的電子衍射圖樣。射線一樣，也能得到清晰的電子衍射圖樣。.10NaCl晶體的中子衍射UO2晶體的電子衍射 微觀粒子具有波粒二象性的理論得到了公認(rèn)。電子衍射、中子微觀粒子具有波粒二象性的理論得到了公認(rèn)。電子衍射、中子衍射、原子和分子束在晶體表面散射所產(chǎn)生的衍射實驗都獲得了衍射、原子和分子束在晶體表面散射所產(chǎn)生的衍射實驗都獲得了成功。成功。.11子彈子彈:

8、:質(zhì)量為質(zhì)量為m m=10=10-2-2Kg,Kg,速速度度v v=5.0=5.0 10102 2m/sm/s，對應(yīng)的對應(yīng)的德布羅意波長為：德布羅意波長為：nmmvh25103 . 1 電子電子: :質(zhì)量為質(zhì)量為m m=9.1=9.1 1010-31-31KgKg，速度速度v v=5.0=5.0 10107 7m/s, m/s, 對應(yīng)的對應(yīng)的德布羅意波長為：德布羅意波長為：nmmvh2104 .1 太小測不到！太小測不到！ 宏觀物體波動性宏觀物體波動性不明顯不明顯X X射線射線波段波段微觀粒子微觀粒子波動性波動性明顯明顯.12對德布羅意物質(zhì)波的理解對德布羅意物質(zhì)波的理解1任何物體任何物體，小到

9、電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，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，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使之包括了所有的物質(zhì)粒子，即光子與實物粒子

10、都具有粒子性，又都具有波動性，與具有粒子性，又都具有波動性，與光子光子對應(yīng)的波是對應(yīng)的波是電磁波電磁波，與，與實物粒子實物粒子對應(yīng)的波是對應(yīng)的波是物質(zhì)波物質(zhì)波.131、光學(xué)顯微鏡的原理、光學(xué)顯微鏡的原理 使用無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的顯微鏡主要由物使用無限遠(yuǎn)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。次放大后，形成放大的虛象。2、電子顯微鏡的原理、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

11、代替光束和光學(xué)透鏡，使物質(zhì)束和電子透鏡代替光束和光學(xué)透鏡，使物質(zhì)的細(xì)微結(jié)構(gòu)在非常高的放大倍數(shù)下成像的儀的細(xì)微結(jié)構(gòu)在非常高的放大倍數(shù)下成像的儀器。器。 .14光學(xué)顯微鏡光學(xué)顯微鏡.15掃描式電子顯微鏡掃描式電子顯微鏡.16電子顯微鏡電子顯微鏡.17課堂小結(jié)課堂小結(jié) 光是一種波，同時也是一種粒子，光是一種波，同時也是一種粒子，光具有光具有波粒二象性波粒二象性。光子的能量與動量之間的關(guān)系：光子的能量與動量之間的關(guān)系：=h=hP=h/ P=h/ 兩式的物理量兩式的物理量和和p p描述光的粒子性，描述光的粒子性，和和描述光的波動性。描述光的波動性。.18 實物粒子也具有波動性實物粒子也具有波動性一個能量

12、為一個能量為E E、動量為、動量為 p p 的實物粒子的實物粒子同時具有波動性，同時具有波動性，動量為動量為 P 的粒子的粒子波長：波長：Ph頻率頻率: :h 這種與實物粒子相聯(lián)系的波后來稱這種與實物粒子相聯(lián)系的波后來稱為為德布羅意波德布羅意波，也叫，也叫物質(zhì)波。物質(zhì)波。.19mvhph物質(zhì)波波長：物質(zhì)波波長： 為德布羅意波長，為德布羅意波長，h h為普朗克常量，為普朗克常量，p p為粒子動量。為粒子動量。 .20.下列說法正確的是下列說法正確的是()A有的光是波，有的光是粒子有的光是波，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；波長越光

13、的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著短，其粒子性越顯著D射線具有顯著的粒子性，不具有波動性射線具有顯著的粒子性，不具有波動性.21解析：解析：選選C.光同時具有波動性和粒子性，只是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，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，只有波動性就越不明顯，只有C選項正確選項正確.22變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練2根據(jù)物質(zhì)波理論，以下說法中正根據(jù)物質(zhì)波理論，以下說法

14、中正確的是確的是()A微觀粒子有波動性，宏觀物體沒有波動性微觀粒子有波動性，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宏觀物體的波動性不易被人觀察到是因為它的波長太長它的波長太長D速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動性更為明顯性更為明顯.23解析：解析：選選BD.一切運動的物體都有一種物質(zhì)波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與它對應(yīng)，所以宏觀物體和微觀粒子都具有波動性，動性，A選項錯誤，選項錯誤，B選項正確宏觀物體的選項正確宏觀物體的物質(zhì)波波長很短，

15、不易觀察到它的波動性，所物質(zhì)波波長很短，不易觀察到它的波動性，所以以C選項錯誤速度相同的質(zhì)子與電子相比，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，所以性更明顯，所以D選項正確選項正確.24一質(zhì)量為一質(zhì)量為450 g的足球以的足球以10 m/s的速度在空的速度在空中飛行；一個初速度為零的電子，通過電壓為中飛行；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)量為波長其中，電子質(zhì)量為9.11031 kg，普朗，普朗克常量克常量h6.631034 Js.物質(zhì)波的理解與計算物質(zhì)波的理解與計算.25物體的動量物體的動量 pmv， 其德布羅意波長其德布羅意波長hphmv.足球的德布羅意波長足球的德布羅意