高二物理選修3-5-粒子的波動性-

高二物理(wùlǐ)選修3-5-粒子的波動性-第一頁，共20頁。

德布羅意波波粒二象性1、德布羅意波（物質(zhì)波）

De.Broglie1923年發(fā)表了題為“波和粒子”的論文，提出了物質(zhì)波的概念。他認為，“整個世紀以來（指19世紀）在光學中比起波動的研究方法來，如果說是過于忽視了粒子的研究方法的話，那末在實物的理論中，是否發(fā)生了相反的錯誤呢？是不是我們把粒子的圖象想得太多，而過分忽略了波的圖象呢”第二頁，共20頁。一、德布羅意的物質(zhì)波德布羅意(duedeBroglie,1892-1960)德布羅意原來學習歷史，后來改學理論物理學。他善于用歷史的觀點，用比照的方法分析問題。1923年，德布羅意試圖把粒子(lìzǐ)性和波動性統(tǒng)一起來。1924年，在博士論文?關(guān)于量子理論的研究?中提出德布羅意波,同時提出用電子在晶體上作衍射實驗的想法。愛因斯坦覺察到德布羅意物質(zhì)波思想的重大意義，譽之為“揭開一幅大幕的一角〞。法國(fǎɡuó)物理學家，1929年諾貝爾物理學獎獲得者，波動力學的創(chuàng)始人，量子力學的奠基人之一。第三頁，共20頁。能量為E、動量為p的粒子(lìzǐ)與頻率為v、波長為的波相聯(lián)系，并遵從以下關(guān)系：E=mc2=hv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(gàilǜ)波),其波長稱為德布羅意波長。第四頁，共20頁。一切實物粒子都有波動性后來，大量實驗都證實了：質(zhì)子、中子和原子、分子等實物微觀粒子都具有波動性，并都滿足德布洛意關(guān)系(guānxì)。一顆子彈、一個足球有沒有波動性呢？質(zhì)量m=0.01kg，速度v=300m/s的子彈的德布洛意波長為計算結(jié)果說明，子彈的波長小到實驗難以測量的程度。所以，宏觀物體只表現(xiàn)出粒子性。第五頁，共20頁。由光的波粒二象性的思想推廣到微觀粒子和任何運動著的物體上去，得出物質(zhì)波〔德布羅意波〕的概念：任何一個運動著的物體都有一種(yīzhǒnɡ)波與它對應(yīng)，該波的波長λ=。【例1】試估算(ɡūsuàn)一個中學生在跑百米時的德布羅意波的波長。解：估計一個中學生的質(zhì)量m≈50kg，百米跑時速度(sùdù)v≈7m/s，那么由計算結(jié)果看出，宏觀物體的物質(zhì)波波長非常小，所以很難表現(xiàn)出其波動性。第六頁，共20頁。例題(lìtí)2(1)電子動能Ek=100eV；(2)子彈動量p=6.63×106-1,求德布羅意波長。解(1)因電子動能(dòngnéng)較小，速度較小，可用非相對論公式求解。(2)子彈(zǐdàn):h=6.63×10-34=1.0×10-40m可見，只有微觀粒子的波動性較顯著；而宏觀粒子(如子彈)的波動性根本測不出來。第七頁，共20頁。一個質(zhì)量(zhìliàng)為m的實物粒子以速率v運動時，即具有以能量E和動量P所描述的粒子性，同時也具有以頻率n和波長l所描述的波動性。德布羅意關(guān)系(guānxì)如速度v=5.0102m/s飛行的子彈，質(zhì)量為m=10-2Kg，對應(yīng)的德布羅意波長為：如電子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！X射線波段第八頁，共20頁。2、戴維遜－革末實驗1927年，Davisson和Germer進行了電子衍射實驗。

（該實驗榮獲1937年Nobel物理學獎）戴維遜--革末實驗電子衍射實驗電子束垂直入射到鎳單晶的水平面上，在散射方向上探測到一個強度極大。（可用晶體對X射線的衍射方法來分析）第九頁，共20頁。L.V.德布羅意電子(diànzǐ)波動性的理論研究1929諾貝爾物理學獎第十頁，共20頁。C.J.戴維孫通過(tōngguò)實驗發(fā)現(xiàn)晶體對電子的衍射作用1937諾貝爾物理學獎第十一頁，共20頁。第十二頁，共20頁。第十三頁，共20頁。第十四頁，共20頁。X射線經(jīng)晶體(jīngtǐ)的衍射圖電子射線經(jīng)晶體(jīngtǐ)的衍射圖第十五頁，共20頁。類似的實驗：

1927年，湯姆遜電子衍射實驗1960年，C.Jonson的電子雙縫干涉實驗

后來的實驗證明原子、分子、中子等微觀粒子也具有波動性。

德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，