人教版选修3517.3粒子的波动性共30张课件

1、人教版选修3517.3粒子的波动性共30张17.3 波粒二象性波粒二象性 粒子的波动性粒子的波动性人教版选修3517.3粒子的波动性共30张圆屏衍射圆孔衍射钢针的衍射增透膜薄膜干涉镜面检测光的干涉和衍射现象表明光确实是一种波人教版选修3517.3粒子的波动性共30张爱因斯坦康普顿光电效应以及康普顿效应等无可辩驳的证实了光是一种粒子人教版选修3517.3粒子的波动性共30张光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性人教版选修3517.3粒子的波动性共30张频率低波长长的频率低波长长的光波动性较明显光波动性较明显频率高波长短的频率高波长短的光粒子性较明显光粒子性较明显光具有波粒二象性波粒二象性

2、人教版选修3517.3粒子的波动性共30张当我们用很弱的光做双缝干涉实验时，将感光胶片放在屏的位置上，会看到什么样的照片呢？为什么会有这种现象？人教版选修3517.3粒子的波动性共30张短长曝光时间结论1、这张照片清晰的显示了光的粒子性2、光子落在某些条形区域内的可能性较大（干涉加强区），说明光子在空间各点出现的可能性的大小可以用波动规律进行解释人教版选修3517.3粒子的波动性共30张光波是一种概率波，概率表征某一事物出现的可能性伽尔顿板实验表明单个小球下落的位置是不确定的,但是它落在中间狭槽的可能性要大一些，即小球落在中间的概率较大人教版选修3517.3粒子的波动性共30张光既表现出波动性

3、，又表现出粒子性，光既表现出波动性，又表现出粒子性，由于微观世界的某些属性与宏观世界由于微观世界的某些属性与宏观世界不同，而我们的经验仅局限于宏观物不同，而我们的经验仅局限于宏观物体的运动体的运动在生活中找不到一个既具在生活中找不到一个既具有粒子性、又具有波动性的物理模型有粒子性、又具有波动性的物理模型帮助我们研究光子的规律帮助我们研究光子的规律人教版选修3517.3粒子的波动性共30张气体分子热运气体分子热运动时动时电流电流光的波动性光的波动性光的粒子性光的粒子性我们在思考物理概念或物理规律时，往往我们在思考物理概念或物理规律时，往往建建立新的模型立新的模型人教版选修3517.3粒子的波动性

4、共30张随着人类认识的范围不断扩大，不随着人类认识的范围不断扩大，不可能直接感知的事物出现在我们的可能直接感知的事物出现在我们的眼前，需要我们建立新的模型，提眼前，需要我们建立新的模型，提出新的理论来进行研究，对于一种出新的理论来进行研究，对于一种模型，只要能与实验结果一致，它模型，只要能与实验结果一致，它就能在一定范围内表示所研究对象就能在一定范围内表示所研究对象的规律的规律人教版选修3517.3粒子的波动性共30张光的波粒二象性 惠更斯波动说牛顿的微粒说麦克斯韦光的电磁说爱恩斯坦光子说光本性认识 人教版选修3517.3粒子的波动性共30张1 1光子既不是经典的波（光子既不是经典的波（惠更斯

5、波惠更斯波），），也不是经典的粒子（也不是经典的粒子（牛顿弹性球牛顿弹性球）。光是）。光是客观世界物质形式之一。客观世界物质形式之一。 注：光的波粒二象性最好地反映了自然注：光的波粒二象性最好地反映了自然科学中的矛盾统一性，对立依存的唯物辩科学中的矛盾统一性，对立依存的唯物辩证思想和奇异和谐美。由此使人类对微观证思想和奇异和谐美。由此使人类对微观世界的认识大步向前。世界的认识大步向前。光的波粒二象性的理解：光的波粒二象性的理解：人教版选修3517.3粒子的波动性共30张光波有一定的频率和波长，光子有一定光波有一定的频率和波长，光子有一定的能量和动量，是个矛盾对立的统一体，的能量和动量，是个矛盾

6、对立的统一体，彼此含有对方的成份，共存于光的统一彼此含有对方的成份，共存于光的统一体中。体中。，。光的波粒二象性光的波粒二象性人教版选修3517.3粒子的波动性共30张A A、光在、光在传播过程中传播过程中波动性显著，光在与波动性显著，光在与物物质作用时质作用时粒子性表现显著。粒子性表现显著。B B、大量光子大量光子产生的效果显示出波动性，产生的效果显示出波动性，个个别光子别光子产生的效果则显示出粒子性。产生的效果则显示出粒子性。C C、频率越低频率越低的光，波动性越的光，波动性越A A显著，显著，频率频率越高越高的光，粒子性越显著。的光，粒子性越显著。2、在一定条件下波动性显著，在另一条件在

7、一定条件下波动性显著，在另一条件下粒子性显著，即我们观察到这对矛盾的下粒子性显著，即我们观察到这对矛盾的主要方面。主要方面。人教版选修3517.3粒子的波动性共30张二、德布罗意的物质波二、德布罗意的物质波德布罗意德布罗意 (due de Broglie, 1892-1960) 德布罗意原来学习历史，后来改学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，用理论物理学。他善于用历史的观点，用对比的方法分析问题。对比的方法分析问题。 1923年，德布罗意试图把粒子性和年，德布罗意试图把粒子性和波动性统一起来。波动性统一起来。1924年，在博士论文年，在博士论文关于量子理论的研究关于

8、量子理论的研究中提出德布罗中提出德布罗意波意波,同时提出用电子在晶体上作衍射实同时提出用电子在晶体上作衍射实验的想法。验的想法。 爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义，誉之为想的重大意义，誉之为“揭开一幅大幕揭开一幅大幕的一角的一角”。法国物理学家，法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创得者，波动力学的创始人，量子力学的奠始人，量子力学的奠基人之一。基人之一。人教版选修3517.3粒子的波动性共30张 能量为能量为E、动量为、动量为p的粒子与频率为的粒子与频率为v、波长为、波长为 的的波相联系，并遵从以下关系：波相联系，

9、并遵从以下关系：E=mc2=hv hpm 这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波(物物质波或概率波质波或概率波),其波长其波长 称为德布罗意波长。称为德布罗意波长。人教版选修3517.3粒子的波动性共30张一切实物粒子都有波动性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。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？一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？质量质量 m = 0.01kg，速度，速度 v =

10、 300 m/s 的子弹的德布洛意的子弹的德布洛意波长为波长为 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。以，宏观物体只表现出粒子性。人教版选修3517.3粒子的波动性共30张由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运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，念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长该波的波长= 。 ph /【例【例1】试估算一个中学生在跑百米时

11、的德布罗意】试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。波的波长。mmph3634109 . 17501063. 6解：估计一个中学生的质量解：估计一个中学生的质量m50kg ，百米跑时，百米跑时速度速度v7m/s ，则，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。表现出其波动性。人教版选修3517.3粒子的波动性共30张【例【例2】(1)电子动能电子动能Ek=100 eV；(2)子弹动量子弹动量p=6.63106 kg.m.s-1, 求德布罗意波长。求德布罗意波长。解解 (1)因电子动能较小，速度较小，可用非相对

12、论公式因电子动能较小，速度较小，可用非相对论公式求解。求解。221,22kpEmm2425.4 10kpmmE65.93 10hhmp=1.23(2)子弹子弹:hph= 6.6310-34= 1.010-40m 可见，只有微观粒子的波动性较显著；而宏观可见，只有微观粒子的波动性较显著；而宏观粒子粒子(如子弹如子弹)的波动性根本测不出来。的波动性根本测不出来。人教版选修3517.3粒子的波动性共30张 一个质量为一个质量为m的实物粒子以速率的实物粒子以速率v 运动时，即具有以能运动时，即具有以能量量E和动量和动量P所描述的粒子性，同时也具有以频率所描述的粒子性，同时也具有以频率n n和波长和波长

13、 所描述的波动性所描述的波动性。hEnPh德布罗意关系德布罗意关系如速度如速度v=5.0 102m/s飞行的子飞行的子弹，质量为弹，质量为m=10-2Kg，对应的对应的德布罗意波长为：德布罗意波长为：251.3 10nmhmv如电子如电子m=9.1 10-31Kg，速，速度度v=5.0 107m/s, 对应的德对应的德布罗意波长为：布罗意波长为：21.4 10nmhmv太小测不到！太小测不到！X射线波段射线波段人教版选修3517.3粒子的波动性共30张2、戴维逊革末实验、戴维逊革末实验 1927年，年，Davisson和和Germer 进行了电子衍射实验。进行了电子衍射实验。（该实验荣获（该实

14、验荣获19371937年年Nobel Nobel 物理学奖）物理学奖）戴维逊戴维逊-革末实验革末实验电子衍射实验电子衍射实验 电子束垂直入射电子束垂直入射到镍单晶的水平面上，到镍单晶的水平面上，在在 散射方向散射方向上探测到一个强度极上探测到一个强度极大。大。 （可用晶体（可用晶体对对X射线的衍射方法射线的衍射方法来分析）来分析） 50人教版选修3517.3粒子的波动性共30张L.V.L.V.德布罗意德布罗意 电子波动性的理论电子波动性的理论研究研究1929诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖人教版选修3517.3粒子的波动性共30张 C.J.戴维孙戴维孙 通过实验发现晶体通过实验发现晶体对电子的衍射作用对电子的衍射作用1937诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖人教版选修3517.3粒子的波动性共30张人教版选修3517.3粒子的波动性共30张人教版选修3517.3粒子的波动性共30张人教版选修3517.3粒子的波动性共30张X射线经晶体的衍射图射线经晶体的衍射图电子射线经晶体的衍射图电子射线经晶体的衍射图人教版选修3517.3粒子的波动性共30张类似的实验： 19271927年，年，汤姆逊电子衍射实验汤姆逊电子衍射实验 19601960年，年