高中物理选修35第17章第3节粒子的波动性示范课市公开课一等奖省优质课赛课一等奖课件

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。”那么光本性到底是什么？3.粒子波动性第1页光学发展史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麦克斯韦电磁说第2页光既含有粒子性，又含有波动性！光性质试验事实描述物理量波动性粒子性光干涉光衍射光电效应康普顿效应ν、λ光子能量光子动量p

与ε

是描述粒子性，λ、ν

是描述波动性，h

则是连接粒子和波动桥梁。第3页4

1923年，德布罗意最早想到了这个问题，而且大胆地构想，人们对于光子波粒二象性会不会也适合用于实物粒子。1.光波粒二象性光含有粒子性，又含有波动性。光子能量和动量为

上面两式左边是描写粒子性ε、P；右边是描写波动性

、

。h将光粒子性与波动性联络起来。一切实物粒子都有含有波粒二象性。ε=h

第4页2、德布罗意物质波

德布罗意原来学习历史，以后改学理论物理学。他善于用历史观点，用对比方法分析问题。

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《关于量子理论研究》中提出德布罗意波,同时提出用电子在晶体上作衍射试验想法。爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想重大意义，誉之为“揭开一幅大幕一角”。法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖取得者，波动力学创始人，量子力学奠基人之一。5第5页粒子性波动性（含有能量）（含有频率）（含有动量）hh架起了粒子性与波动性之间桥梁（含有波长）

能量为ε、动量为p粒子与频率为v、波长为

波相联络，并遵从以下关系：ε=mc2=hv

这种和实物粒子相联络波称为德布罗意波(物质波或概率波),其波长

称为德布罗意波长。第6页

一个质量为m实物粒子以速率v运动时，即含有以能量ε

和动量p

所描述粒子性，同时也含有以频率n

和波长l所描述波动性。以后，大量试验都证实了：质子、中子和原子、分子等实物微观粒子都含有波动性，并都满足德布洛意关系。一切实物粒子都有波动性德布罗意关系：第7页实物粒子波粒二象性意思是：微观粒子既表现出粒子特征，又表现出波动特征。大量光子易表现波动性，少许光子易表现粒子性。

这种和实物粒子相联络波称为德布罗意波(物质波或概率波)，其波长

称为德布罗意波长。由光波粒二象性思想推广到微观粒子和任何运动着物体上去，得出物质波（德布罗意波）概念：任何一个运动着物体都有一个波与它对应，该波波长λ=h/p。第8页【例1】试估算一个中学生在跑百米时德布罗意波波长。解：预计一个中学生质量m≈50kg，百米跑时速度v≈7m/s，则由计算结果看出，宏观物体物质波波长非常小，所以极难表现出其波动性。9第9页【例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。=1.23Å(2)子弹:h=6.63×10-34=1.0×10-40m

可见，只有微观粒子波动性较显著；而宏观粒子(如子弹)波动性根本测不出来。10第10页11

X射线照在晶体上能够产生衍射，电子打在晶体上也能观察电子衍射。1927年戴维森与革末作电子衍射试验，验证电子含有波动性。1.电子衍射试验1

戴维逊和革末试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，从而验证了物质波存在。探测器电子束电子枪镍单晶德布罗意波试验验证戴维逊－革末试验第11页

1927年汤姆逊也独立完成了电子衍射试验。与戴维森共获1937年诺贝尔物理学奖。屏P多晶薄膜高压栅极阴极电子衍射试验2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。今后，人们相继证实了原子、分子、中子等都含有波动性。电子衍射图样第12页电子双缝试验1961年琼森将一束电子加速到50Kev，让其经过一缝宽为a=0.510-6m，间隔为

d=2.010-6m双缝，当电子撞击荧光屏时，发觉了类似于双缝衍射试验结果。大量电子一次性行为第13页以后试验证实原子、分子、中子等微观粒子也含有波动性。

德布罗意公式成为揭示微观粒子波－粒二象性统一性基本公式.14第14页德布罗意：电子波动性理论研究1929诺贝尔物理学奖1937诺贝尔物理学奖戴维孙：经过试验发觉晶体对电子衍射作用15第15页

物质波一个最主要应用就是电子显微镜创造．第一台电子显微镜是由德国鲁斯卡研制成功，荣获1986年诺贝尔物理奖．从波动光学可知，因为显微镜分辨本事与波长成反比，光学显微镜最大分辨距离大于0.2μm，最大放大倍数也只有1000倍左右．自从发觉电子有波动性后，电子束德布罗意波长比光波波长短得多，而且极方便改变电子波波长，这么就能制造出用电子波代替光波电子显微镜．三、物质波应用第16页电子显微镜第17页电子显微镜下薰衣草叶子18第18页电子显微镜下纳米纤维19第19页电子显微镜下灰尘第20页电子显微镜下红细胞21第21页电子显微镜下二分