粒子的波動性(定稿)

1、.,第 3 節(jié)：粒子的波動性,第十七章：波粒二象性,.,1. 知道實物粒子和光子一樣都具有波粒二象性。 2. 會從能量、動量、波長、頻率的角度分析波和粒子之間 的聯(lián)系。 3. 知道德布羅意波，會計算德布羅意波的波長。,.,光的本性,有記者曾問英國物理學家、諾貝爾獲獎者布拉格教授： 光是波還是粒子？ 布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一個波， 星期二、四、六它是一個粒子，星期天物理學家休息?！?如果你是布拉格教授，將如何機智地回答？ 那么光的本性到底是什么？,光學發(fā)展史,T /年,波動性,粒子性,光學發(fā)展史,T /年,波動性,粒子性,赫茲電磁波實驗,赫茲發(fā)現(xiàn)光電效應,密立根光電效應實驗,康

2、普頓效應,牛頓微粒說占主導地位,波動說漸成真理,光學發(fā)展史,T /年,波動性,粒子性,光的干涉,光的衍射,光電效應,康普頓效應,、,光子的能量,光子的動量,一、光的波粒二象性,1.光的本性：光既具有粒子性，又具有波動性！,2.說明：描述光的性質的基本關系 左邊 、 p 是描述粒子性的，右側 、 是描述波動性的，它們通過普朗克常量h 聯(lián)系在一起。,光子和電子、質子等實物粒子一樣具有能量和動量，和其他物質相互作用時，粒子性起主導作用。,光在傳播時體現(xiàn)出波動性，對不同頻率的光，波長越長，波動性越明顯。,.,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

3、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”,德布羅(De Broglie)，法國物理學家，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。1923年發(fā)表了題為“波和粒子”的論文，提出了物質波的概念。,二、粒子的波動性,.,一個質量為 m 的實物粒子以速率 v 運動時，即具有以能量 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。,后來，大量實驗都證實了：質子、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系。,1.物質波：實物粒子也具有波動性。這種與實物

4、粒子 相聯(lián)系的波后來稱為德布羅意波，也叫物質波。,德布羅意關系：,.,2.說明：一切微觀粒子都存在波動性，宏觀物體也存在波動性，只是波長太小，難以觀察。,光具有粒子性，實物粒子具有波動性，這樣體現(xiàn)出科學的對稱美。,.,試估算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量 m 50 kg ，百米跑時速度 v 7 m/s ，則,由計算結果看出，宏觀物體的物質波波長非常小，所以很難表現(xiàn)出其波動性。,.,1. 電子動能 k = 100 eV；子彈動量 p = 6.63106 kgms-1, 求德布羅意波長。,解：因電子動能較小，速度較小，可用非相對論公式求解。,.,由于德布羅意博士

5、論文獨創(chuàng)性，得到了答辯委員會的高度評價，但是人們總覺得他的想法過于玄妙，無法接受。于是，有人質問：有什么可以驗證這一新的觀念？,X 射線照在晶體上可以產生衍射，電子打在晶體上也能觀察電子衍射。,如果你是德布羅意，將如何驗證自己的觀點？,.,1927年 C.J.戴維森與 G.P.革末做電子衍射實驗，驗證電子具有波動性。,電子衍射實驗 1,戴維遜和革末的實驗是用電子束垂直投射到鎳單晶，電子束被散射。其強度分布可用德布羅意關系和衍射理論給以解釋，從而驗證了物質波的存在。,3.物質波的驗證：,.,實驗現(xiàn)象,實驗裝置,顯然將電子看成微粒無法解釋,M,電流出現(xiàn)了周期性變化,.,1927年 G.P.湯姆遜

6、(J.J.湯姆遜之子)也獨立完成了電子衍射實驗。與 C.J.戴維森共獲 1937年諾貝爾物理學獎。,電子衍射實驗2,電子束在穿過細晶體粉末或薄金屬片后，也象 X 射線一樣產生衍射現(xiàn)象。,此后，人們相繼證實了原子、分子、中子等都具有波動性。,電子衍射圖樣,.,電子衍射實驗,.,電子雙縫實驗,1961年瓊森（Claus Jnsson）將一束電子加速到 50 Kev，讓其通過一縫寬為 a = 0.510-6 m，間隔為 d = 2.010-6 m 的雙縫，當電子撞擊熒光屏時，發(fā)現(xiàn)了類似于雙縫衍射實驗結果。,大量電子一次性的行為,.,電子顯微鏡,電子顯微鏡下的灰塵,.,.,1. 德布羅意的物質波,這種和實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波(物質波或概率波)，其波長 稱為德布羅意波長。,2. 物質波的實驗驗證,電子衍射實驗 1,電子衍射實驗 2,電子雙縫實驗,.,1.