七物质波提出和证实课件.ppt

四 物质波（高中第三册P.51～52）; 德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，波长 是 式中 是运动物体的动量， 是普朗克常量。人们把这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。 （当时，德布罗意的论断只是一种假设。后来，基于这种假设的结论都与事实相符，于是证明人这种论断的正确性。）; 宏观物体的德布罗意波长比微观粒子的波长小得多。我们知道，只有波长和障碍物的大小相差不多，或波长在在于障碍物时，才能表现出明显的衍射现象。由于宏观物体的太小，所以很难观察到它们的波动性。但是，微观粒子的情形完全不同。金属晶体中晶格大小的数量级为 ，电子束照射到金属晶体上时有楞能观察到电子的波动性。 1927年，英美两国物理学家用这种方法得到了电子束的衍射图案，从而证实了德布罗意的假设。 ; 物质波也是概率波。在电子衍射图样中，电子落在“亮圆”上的概率大，落在“暗圆”上的概率小。我们说光波和物质波都有是概率波，说的是光子和实物粒子在空间分布的概率是受波动规律支配的。 牛顿力学的局限性 由于实物粒子也具有波动性，所以如果它们的德布罗意波长和可见光相仿，实物粒子在通过狭缝时也能发生类似的干涉图样。;思考题;物质波的提出和证实; 德布罗意 (Louis Victor de Broglie, 1892-1987)，法国著名理论物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，物质波理论的创立者，量子力学的奠基人之一 ．; 德布罗意1892年8月15日出生于法国塞纳河畔的蒂厄浦，是法国一贵族家庭的次子．德布罗意家族自17世纪以来在法国军队、政治、外交方面颇具盛名． 德布罗意从18岁开始在巴黎大学学习理论物理，但是因为打算沿其家族传统，以后从事外交活动，他也学习历史，并且于1909年获得历史学位．由于他哥哥（M．德布罗意）是一位实验物理学家，拥有设备精良的私人实验室，从事物理实验研究．因而德布罗意也深受影响．;; 1923年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设想，人们对于光子建立起来的两个关系式会不会也适用于实物粒子． 对光本性的认识同时，受到他哥哥的影响，参与一些物理研究工作．从他哥哥那里德布罗意了解到普朗克和爱因斯坦关于量子方面的工作，这些引起了他对物理学的极大兴趣．经过一翻思想斗争之后，德布罗意终于放弃了已决定的研究法国历史的计划，选择了物理学的研究道路，并且希望通过物理学研究获得博士学位． ;;; 二十世纪初期，人们通过对X射线的研究认识到，X射线具有时而象波、时而象粒子的奇特性质． 1913年，玻尔提出原子中的电子运动的量子化条件，原子中的电子只有可能进行某些运动，成功地解释了氢原子光谱．玻尔的量子化条件没有理论基础，是人为规定的．; 1919－1922年，法国物理学家布里渊提出了一个解释玻尔量于化条件的理论．布里渊把电子和波作为一个整体进行研究，设想在原子核周围存在着一层以太，电子在其中运动掀起波，这些波相互干涉在原子核周围形成驻波．这些研究成果，尤其是布里渊的理论对德布罗意提出物质波思想产生巨大影响．; 德布罗意重新开始研究理论物理，物理学面临着的主要困难是：对于光需要有微粒说和波动说两种理论；确定原子中电子的稳定运动涉及到整数，这些都是当时人们无法理解的事实．德布罗意首先考察光量子理论和玻尔的量子化条件．确定光微粒能量的表达式是E＝hv，这个公式中包含着频率v，而纯粹的粒子理论不包含频率的因素；确定原子中电子的稳定运动涉及到整数，而物理学中涉及到整数的只是干涉现象和本征振动现象．; 这些结果使德布罗意想到，对于光需要同时引进粒子的概念和周期的概念；对于电子不能简单地用微粒来描述电子本身，还必须赋予它们周期的概念．于是，德布罗意形成了指导他进行研究的全部概念：在所有情况下，都必须假设微粒伴随着波而存在，他的首要目的就是建立微粒的运动和缔合波的传播之间的对应关系． 1923年夏末，德布罗意已开始形成他的相波（后来他称为相位波）概念，9月10日，他发表了关于物质波理论的第一篇论文—— 《波和量子》，文中提出的思想可以被看作是波动力学理论的开端． ; 两个星期后，德布罗意又发表了《光量子、衍射和干涉》的论文，明确提出相干波的概念．文中明确指出：要描述一个动点的运动，观察者必须将这一运动与一个非物质的、在同一方向上传播的正弦波联系起来．在观察者看来，这一波的频率等于上述动点的总能量除以普朗克常量h．同年10月8日，德布罗意发表关于物质