嶄新的一頁(yè)粒子的波動(dòng)性x

粒子的波動(dòng)性新課標(biāo)高中物理選修3-5

德布羅意波波粒二象性1、德布羅意波（物質(zhì)波）德布羅意：法國(guó)著名理論物理學(xué)家，1929年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人，物質(zhì)波理論的創(chuàng)立者，量子力學(xué)的奠基人之一。

他認(rèn)為，“整個(gè)世紀(jì)以來(lái)（指19世紀(jì)）在光學(xué)中比起波動(dòng)的研究方法來(lái)，如果說(shuō)是過(guò)于忽視了粒子的研究方法的話，那末在實(shí)物的理論中，是否發(fā)生了相反的錯(cuò)誤呢？是不是我們把粒子的圖象想得太多，而過(guò)分忽略了波的圖象呢”

De.Broglie

：1923年發(fā)表了題為“波和粒子”的論文，提出了物質(zhì)波的概念。光的波粒二象性光子的能量E=mc2=hv

光子的動(dòng)量l=u=hmp一：光波具有粒子性思考：能量E、動(dòng)量p都是粒子的特征，實(shí)物粒子是否具有波的特征呢？二：粒子的波動(dòng)性德布羅意的假設(shè)：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性

這種和實(shí)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(zhǎng)

稱為德布羅意波長(zhǎng)。

能量為E、動(dòng)量為p的粒子與頻率為v、波長(zhǎng)為

的波相聯(lián)系，并遵從以下關(guān)系：一切實(shí)物粒子都有波動(dòng)性

后來(lái)，大量實(shí)驗(yàn)都證實(shí)了：質(zhì)子、中子和原子、分子等實(shí)物微觀粒子都具有波動(dòng)性，并都滿足德布洛意關(guān)系。一顆子彈、一個(gè)足球有沒(méi)有波動(dòng)性呢？：質(zhì)量m=0.01kg，速度v=300m/s的子彈的德布洛意波長(zhǎng)為計(jì)算結(jié)果表明，子彈的波長(zhǎng)小到實(shí)驗(yàn)難以測(cè)量的程度。所以，宏觀物體只表現(xiàn)出粒子性。由光的波粒二象性的思想推廣到微觀粒子和任何運(yùn)動(dòng)著的物體上去，得出物質(zhì)波（德布羅意波）的概念：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，該波的波長(zhǎng)λ=。【例1】試估算一個(gè)中學(xué)生在跑百米時(shí)的德布羅意波的波長(zhǎng)。解：估計(jì)一個(gè)中學(xué)生的質(zhì)量m≈50kg，百米跑時(shí)速度v≈7m/s，則由計(jì)算結(jié)果看出，宏觀物體的物質(zhì)波波長(zhǎng)非常小，所以很難表現(xiàn)出其波動(dòng)性。

一個(gè)質(zhì)量為m的實(shí)物粒子以速率

V運(yùn)動(dòng)時(shí)，即具有以能量E和動(dòng)量P所描述的粒子性，同時(shí)也具有以頻率ν和波長(zhǎng)λ所描述的波動(dòng)性。德布羅意關(guān)系例如：如速度v=5.0102m/s飛行的子彈，質(zhì)量為m=10-2Kg，對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)為：又如：電子m=9.1

10-31Kg，速度v=5.0107m/s,對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)為：太小測(cè)不到！X射線波段德布羅意的假設(shè)符合實(shí)際嗎？2、戴維遜－革末實(shí)驗(yàn)

1927年，Davisson和Germer

進(jìn)行了電子衍射實(shí)驗(yàn)。（該實(shí)驗(yàn)榮獲1937年Nobel物理學(xué)獎(jiǎng)）戴維遜--革末實(shí)驗(yàn)電子衍射實(shí)驗(yàn)

電子束垂直入射到鎳單晶的水平面上，在θ=50°

散射方向上探測(cè)到一個(gè)強(qiáng)度極大。（可用晶體對(duì)X射線的衍射方法來(lái)分析）L.V.德布羅意電子波動(dòng)性的理論研究1929諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)C.J.戴維孫通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)晶體對(duì)電子的衍射作用1937諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)X射線經(jīng)晶體的衍射圖電子射線經(jīng)晶體的衍射圖類似的實(shí)驗(yàn)：

1927年，湯姆遜電子衍射實(shí)驗(yàn)

1960年，C.Jonson的電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)

后來(lái)的實(shí)驗(yàn)證明原子、分子、中子等微觀粒子也具有波動(dòng)性。

德