粒子的波動(dòng)性(定稿)

1、.,第 3 節(jié)：粒子的波動(dòng)性,第十七章：波粒二象性,.,1. 知道實(shí)物粒子和光子一樣都具有波粒二象性。 2. 會(huì)從能量、動(dòng)量、波長(zhǎng)、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(huì)計(jì)算德布羅意波的波長(zhǎng)。,.,光的本性,有記者曾問(wèn)英國(guó)物理學(xué)家、諾貝爾獲獎(jiǎng)?wù)卟祭窠淌冢?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(gè)波， 星期二、四、六它是一個(gè)粒子，星期天物理學(xué)家休息?！?如果你是布拉格教授，將如何機(jī)智地回答？ 那么光的本性到底是什么？,光學(xué)發(fā)展史,T /年,波動(dòng)性,粒子性,光學(xué)發(fā)展史,T /年,波動(dòng)性,粒子性,赫茲電磁波實(shí)驗(yàn),赫茲發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng),密立根光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),康

2、普頓效應(yīng),牛頓微粒說(shuō)占主導(dǎo)地位,波動(dòng)說(shuō)漸成真理,光學(xué)發(fā)展史,T /年,波動(dòng)性,粒子性,光的干涉,光的衍射,光電效應(yīng),康普頓效應(yīng),、,光子的能量,光子的動(dòng)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(dòng)性！,2.說(shuō)明：描述光的性質(zhì)的基本關(guān)系 左邊 、 p 是描述粒子性的，右側(cè) 、 是描述波動(dòng)性的，它們通過(guò)普朗克常量h 聯(lián)系在一起。,光子和電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子一樣具有能量和動(dòng)量，和其他物質(zhì)相互作用時(shí)，粒子性起主導(dǎo)作用。,光在傳播時(shí)體現(xiàn)出波動(dòng)性，對(duì)不同頻率的光，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，波動(dòng)性越明顯。,.,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

3、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”,德布羅(De Broglie)，法國(guó)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，量子力學(xué)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(zhì)波的概念。,二、粒子的波動(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 和動(dòng)量 p 所描述的粒子性，同時(shí)也具有以頻率n 和波長(zhǎng) l 所描述的波動(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。,1.物質(zhì)波：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性。這種與實(shí)物

4、粒子 相聯(lián)系的波后來(lái)稱為德布羅意波，也叫物質(zhì)波。,德布羅意關(guān)系：,.,2.說(shuō)明：一切微觀粒子都存在波動(dòng)性，宏觀物體也存在波動(dòng)性，只是波長(zhǎng)太小，難以觀察。,光具有粒子性，實(shí)物粒子具有波動(dòng)性，這樣體現(xiàn)出科學(xué)的對(duì)稱美。,.,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 50 kg ，百米跑時(shí)速度 v 7 m/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。,.,1. 電子動(dòng)能 k = 100 eV；子彈動(dòng)量 p = 6.63106 kgms-1, 求德布羅意波長(zhǎng)。,解：因電子動(dòng)能較小，速度較小，可用非相對(duì)論公式求解。,.,由于德布羅意博士

5、論文獨(dú)創(chuàng)性，得到了答辯委員會(huì)的高度評(píng)價(jià)，但是人們總覺(jué)得他的想法過(guò)于玄妙，無(wú)法接受。于是，有人質(zhì)問(wèn)：有什么可以驗(yàn)證這一新的觀念？,X 射線照在晶體上可以產(chǎn)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(yàn)證自己的觀點(diǎn)？,.,1927年 C.J.戴維森與 G.P.革末做電子衍射實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證電子具有波動(dòng)性。,電子衍射實(shí)驗(yàn) 1,戴維遜和革末的實(shí)驗(yàn)是用電子束垂直投射到鎳單晶，電子束被散射。其強(qiáng)度分布可用德布羅意關(guān)系和衍射理論給以解釋，從而驗(yàn)證了物質(zhì)波的存在。,3.物質(zhì)波的驗(yàn)證：,.,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)裝置,顯然將電子看成微粒無(wú)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(dú)立完成了電子衍射實(shí)驗(yàn)。與 C.J.戴維森共獲 1937年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,電子衍射實(shí)驗(yàn)2,電子束在穿過(guò)細(xì)晶體粉末或薄金屬片后，也象 X 射線一樣產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。,此后，人們相繼證實(shí)了原子、分子、中子等都具有波動(dòng)性。,電子衍射圖樣,.,電子衍射實(shí)驗(yàn),.,電子雙縫實(shí)驗(yàn),1961年瓊森（Claus Jnsson）將一束電子加速到 50 Kev，讓其通過(guò)一縫寬為 a = 0.510-6 m，間隔為 d = 2.010-6 m 的雙縫，當(dāng)電子撞擊熒光屏?xí)r，發(fā)現(xiàn)了類似于雙縫衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)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(zhì)波,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)。,2. 物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,電子衍射實(shí)驗(yàn) 1,電子衍射實(shí)驗(yàn) 2,電子雙縫實(shí)驗(yàn),.,1.