3　粒子的波动性

1、第十七章 波粒二象性,1. 知道实物粒子和光子一样都具有波粒二象性。 2. 了解物质波的概念 3. 知道说明实物粒子具有波动性的实验事实。 知道=hv和 揭示了光的粒子性和波动性之间的联系。 5. 会用 及 进行计算。,学习目标,主题1:光的波粒二象性 情景:我们学习了有关光的一些特性和相应的事实表现,如:光能发生干涉、衍射现象,表明光具有明显的波动特征,光电效应和康普顿效应又表明光具有粒子性。阅读课本中“光的波粒二象性”的内容,思考并回答下列问题。 问题:怎样来认识光的本质?,主题2:粒子的波动性情景:有一位伟大的科学家大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子。阅读教材中“粒子的波动性”的内容,

2、思考后回答下面的问题。问题:这位科学家是谁?他提出了怎样的假设?他运用了怎样的思维方法?,解答:(1)干涉和衍射是波动性的典型现象,但计算出的实物粒子的波长都很小,要想观察到明显的衍射现象就必须有足够小的狭缝或障碍物,但现实世界中很难找到,所以很难观察到实物粒子的波动性。(2)从观察伦琴射线衍射的实验中得到启发,1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体中排列规则的物质微粒作为衍射光栅,成功地观察到了电子的衍射,从而证实了电子的波动性。知识链接:由于物质波的波长很小,用来显示波动性的狭缝或障碍物的线度要足够小。,光学发展史,T /年,波动性,粒子性,光学发展史,T /年,波动性,粒子性,赫兹

3、电磁波实验,赫兹发现光电效应,密立根光电效应实验,康普顿效应,牛顿微粒说占主导地位,波动说渐成真理,光既具有粒子性，又具有波动性！,光的干涉,光的衍射,光电效应,康普顿效应,v、,光子的能量,光子的动量,p 与 是描述粒子性的，、v 是描述波动性的，h 则是连接粒子性和波动性的桥梁。,一、光的波粒二象性,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，那么在实物的理论中，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”,（1）德布罗意的物质波,德布罗意(De Broglie)，法国物理学家，1929年

4、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 运动时，即具有以能量 和动量 p 所描述的粒子性，同时也具有以频率v 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，并都满足德布罗意关系。,一切实物粒子都具有波动性,德布罗意关系,实物粒子的波粒二象性的意思是：微观粒子既表现出粒子的特性，又表现出波动的特性。,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。,由光的波粒二象

5、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相对应，该波的波长,试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波长。,解：一个中学生的质量大约为 m 50 kg ，百米跑时的速度约为 7 m/s ，由光子的动量表达式有：,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。,想一想,1. 电子动能 k = 100 eV；子弹动量 p = 6.63106 kgms-1, 求它们的德布罗意波长。,解：因电子动能较小，速度较小，可用经典物理学求解。,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。,电子衍射实验 1,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。,（2）物质波的实验验证,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。,电子衍射实验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。,此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。,电子衍射图样