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高中物理新人教版选修3- 5系列课件 17.3《崭新的一页:粒子的波动性》 教学目标 1、知识与技能: 了解光的波粒二象性;了解粒子的波动性. 2、过程与方法: 培养学生的观察、分析能力。 3、情感态度与价值观: 培养学生严谨的科学态度,正确地获取知识的方法。 【重点难点】 1、重点:粒子波动性的理解 2、难点:对德布罗意波的实验验证 德布罗意波 波粒二象性 1、德布罗意波(物质波) De . Broglie 1923年发表了题为“波和粒子”的论文,提出了物质波的概念。 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” 一、德布罗意的物质波 德布罗意 (due de Broglie, 1892-1960) 德布罗意原来学习历史,后来改学理论物理学。他善于用历史的观点,用对比的方法分析问题。 1923年,德布罗意试图把粒子性和波动性统一起来。1924年,在博士论文《关于量子理论的研究》中提出德布罗意波,同时提出用电子在晶体上作衍射实验的想法。 爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义,誉之为“揭开一幅大幕的一角”。 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。 能量为E、动量为p的粒子与频率为v、波长为?的波相联系,并遵从以下关系: E=mc2=hv 这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波(物质波或概率波),其波长?称为德布罗意波长。 一切实物粒子都有波动性 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。 一颗子弹、一个足球有没有波动性呢? 质量 m = 0.01kg,速度 v = 300 m/s 的子弹的德布洛意波长为 计算结果表明,子弹的波长小到实验难以测量的程度。所以,宏观物体只表现出粒子性。 由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去,得出物质波(德布罗意波)的概念:任何一个运动着的物体都有一种波与它对应,该波的波长λ= 。 【例1】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≈50kg ,百米跑时速度v≈7m/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。 例题2 (1)电子动能Ek=100eV;(2)子弹动量p=6.63×106kg.m.s-1, 求德布罗意波长。 解 (1)因电子动能较小,速度较小,可用非相对论公式求解。 =1.23? (2)子弹: h= 6.63×10-34 = 1.0×10-40m 可见,只有微观粒子的波动性较显著;而宏观粒子(如子弹)的波动性根本测不出来。 一个质量为m的实物粒子以速率v 运动时,即具有以能量E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。 德布罗意关系 如速度v=5.0?102m/s飞行的子弹,质量为m=10-2Kg,对应的德布罗意波长为: 如电子m=9.1?10-31Kg,速度v=5.0?107m/s, 对应的德布罗意波长为: 太小测不到! X射线波段 2、戴维逊-革末实验 1927年,Davisson和Germer 进行了电子衍射实验。 (该实验荣获1937年Nobel 物理学奖) 戴维逊--革末实验 电子衍射实验 电子束垂直入射到镍单晶的水平面上,在 散射方向上探测到一个强度极大。 (可用晶体对X射线的衍射方法来分析) L.V.德布罗意 电子波动性的理论研究 1929诺贝尔物理学奖 C.J.戴维孙 通过实验发现晶体对电子的衍射作用 1937诺贝尔物理学奖 X射线经晶体的衍射图 电子射线经晶体的衍射图 类似的实验: 1927年,汤姆逊电子衍射实验 1960年,C.Jonson的电子双缝干涉实验 后来的实验证明原子、分子、中子等微观粒子也具有波动性。 德布罗意公式成为揭示微观粒子波-粒二象性的统一性的基本公式,1929年,De Broglie因发现电子波而荣获Nobel 物理学奖。 电子显微镜 句子是语言运用的基本单位,它由词或词组构成,能表达一个完整的意思,如告诉别人一件事,提出一个问题,表示要求或制止,表示某种感慨。它的句尾应
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