17.3粒子的波动性(定稿)概述.ppt

1. 知道实物粒子和光子一样都具有波粒二象性。 2. 会从能量、动量、波长、频率的角度分析波和粒子之间 的联系。 3. 知道德布罗意波，会计算德布罗意波的波长。 光的本性 有记者曾问英国物理学家、诺贝尔获奖者布拉格教授： 光是波还是粒子？ 布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一个波， 星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休息。” 如果你是布拉格教授，将如何机智地回答？ 那么光的本性到底是什么？ T /年 波动性 粒子性 1690 惠更斯波动说 1672 牛顿微粒说 1905 爱因斯坦光子说 1864 麦克斯韦电磁说 T /年 波动性 粒子性 1690 惠更斯 波动说 1672 牛顿 微粒说 1905 爱因斯坦光子说 1864 麦克斯韦电磁说 1801 托马斯·杨双缝干涉实验 1814 菲涅耳衍射实验 1888 赫兹电磁波实验 赫兹发现光电效应 1916 密立根光电效应实验 1922 康普顿效应 牛顿微粒说占主导地位 波动说渐成真理 T /年 波动性 粒子性 1690 惠更斯波动说 1672 牛顿微粒说 1905 爱因斯坦光子说 1864 麦克斯韦电磁说 1909 爱因斯坦光的波粒二象性 光的干涉 光的衍射 光电效应 康普顿效应 ν、λ 光子的能量 光子的动量 一、光的波粒二象性 1.光的本性：光既具有粒子性，又具有波动性！ 2.说明：①描述光的性质的基本关系 左边 ε、 p 是描述粒子性的，右侧ν 、 λ 是描述波动性的，它们通过普朗克常量h 联系在一起。 ②光子和电子、质子等实物粒子一样具有能量和动量，和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用。 ③光在传播时体现出波动性，对不同频率的光，波长越长，波动性越明显。 他认为，“整个世纪以来( 指19世纪 ) 在光学中比起波动的研究方法来，如果说是过于忽视了粒子的研究方法的话，那末在实物的理论中，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子的图象想得太多，而过分忽略了波的图象呢” 德布罗(De · Broglie)，法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。1923年发表了题为“波和粒子”的论文，提出了物质波的概念。 二、粒子的波动性 一个质量为 m 的实物粒子以速率 v 运动时，即具有以能量 ε 和动量 p 所描述的粒子性，同时也具有以频率n 和波长 l 所描述的波动性。 　　后来，大量实验都证实了：质子、中子和原子、分子等实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布洛意关系。 1.物质波：实物粒子也具有波动性。这种与实物粒子 相联系的波后来称为德布罗意波，也叫物质波。 德布罗意关系： 2.说明：①一切微观粒子都存在波动性，宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以观察。 ②光具有粒子性，实物粒子具有波动性，这样体现出科学的对称美。 试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。 解：估计一个中学生的质量 m ≈ 50 kg ，百米跑时速度 v ≈ 7 m/s ，则 由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性。 1. 电子动能 εk = 100 eV；子弹动量 p = 6.63×106 kg·m·s-1, 求德布罗意波长。 解：因电子动能较小，速度较小，可用非相对论公式求解。 由于德布罗意博士论文独创性，得到了答辩委员会的高度评价，但是人们总觉得他的想法过于玄妙，无法接受。于是，有人质问：有什么可以验证这一新的观念？ X 射线照在晶体上可以产生衍射，电子打在晶体上也能观察电子衍射。 如果你是德布罗意，将如何验证自己的观点？ 1927年 C.J.戴维森与 G.P.革末做电子衍射实验，验证电子具有波动性。 戴维逊和革末的实验是用电子束垂直投射到镍单晶，电子束被散射。其强度分布可用德布罗意关系和衍射理论给以解释，从而验证了物质波的存在。 探测器 电子束 电子枪 镍单晶 3.物质波的验证： G Ni单晶 电流计 U D K 发射电子阴级 加速电极 显然将电子看成微粒无法解释 M 电流出现了周期性变化 I 1927年 G.P.汤姆逊 (J.J.汤姆逊之子)也独立完成了电子衍射实验。与 C.J.戴维森共获 1937年诺贝尔物理学奖。 屏 P 多晶薄膜 高压 栅极 阴极 电子束在穿过细晶体粉末或薄金属片后，也象 X 射线一样产生衍射现象。 此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。