2018-2019學年高中物理 第十七章 波粒二象性 17.3 粒子的波動性課件 新人教版選修3-5.ppt

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1、第十七章 波粒二象性 第3節(jié) 粒子的波動性,有記者曾問英國物理學家、諾貝爾獲獎者布拉格教授：光是波還是粒子？ 布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一個波，星期二、四、六它是一個粒子，星期天物理學家休息。” 如果你是布拉格教授，將如何機智地回答？ 那么光的本性到底是什么？,一、光的本性,,,T/年,波動性,粒子性,光的干涉,光的衍射,光電效應,康普頓效應,、,光學發(fā)展史,密立根 光電效應實驗,,,T/年,波動性,粒子性,,1801,托馬斯楊 雙縫干涉 實驗,,1814,菲涅耳 衍射實驗,赫茲 電磁波實驗,赫茲 發(fā)現光電效應,康普頓效應,牛頓微粒說占主導地位,,,波動說 漸成真理,,,T

2、/年,波動性,粒子性,,光既具有粒子性，又具有波動性。,粒子性,波動性,（具有能量）,（具有頻率）,（具有動量）,h架起了粒子性與波動性之間的橋梁,（具有波長）,二、光的波粒二象性,,,T/年,波動性,粒子性,,光既具有粒子性，又具有波動性。,實物粒子既具有粒子性，也具有波動性。,三、粒子的波粒二象性,德布羅意原來學習歷史，后來改學理論物理學。他善于用歷史的觀點，用類比方法分析問題。 1924年，他考慮到普朗克量子愛因斯坦光子理論的成功在博士論文關于量子理論的研究中大膽地把光的波粒二象性推廣實物粒子，如電子，質子等。于是他提出實物粒子也具有波動性。這種與實物粒子相聯系的波稱為德布羅意波.

3、 愛因斯坦覺察到德布羅意物質波思想的重大意義，譽之為“揭開一幅大幕的一角”。,法國物理學家，1929年諾貝爾物理學獎獲得者，波動力學的創(chuàng)始人，量子力學的奠基人之一。,一個質量為m的實物粒子以速率v 運動時，即具有以能量和動量p所描述的粒子性，同時也具有以頻率和波長所描述的波動性。,粒子性,波動性,二者通過h來聯系,德布羅意波（物質波）的波長,在 時,電子的德布羅意波長,注意：對實物粒子，v是指粒子的速度（群速）故不存在v=的關系。,加速電勢差為 U，則,可獲得電子在不同電壓下的波長,的單位為eV,與x射線的波長相當,由于德布羅意博士論文獨創(chuàng)性，得到了答辯委員會的高度評價，但是人們總覺得

4、他的想法過于玄妙，無法接受。于是，有人質問：有什么可以驗證這一新的觀念？ 如果你是德布羅意，將如何驗證自己的觀點？,四、物質波的實驗驗證,X 射線照在晶體上可以產生衍射，電子打在晶體上也能觀察電子衍射。,1927年 C.J.戴維森與 G.P.革末作電子衍射實驗，驗證電子具有波動性。,1、電子衍射實驗1,戴維遜和革末的實驗是用電子束垂直投射到鎳單晶，電子束被散射。其強度分布可用德布羅意關系和衍射理論給以解釋，從而驗證了物質波的存在。,,鎳單晶,a=0.215nm,d=0.0908nm,電流出現了周期性變化,實驗結果：,實驗解釋：,將電子看成波，其波長為德布羅意波長：,既然是波，電流出現最大值

5、時正好滿足布喇格 公式：,即：,實驗裝置：,,,,,顯然將電子看成微粒無法解釋。,M,1927年 G.P.湯姆遜（J.J.湯姆遜之子） 也獨立完成了電子衍射實驗。與 C.J.戴維森共獲 1937 年諾貝爾物理學獎。,1、電子衍射實驗2,電子束在穿過細晶體粉末或薄金屬片后，也象X射線一樣產生衍射現象。,此后，人們相繼證實了原子、分子、中子等都具有波動性。,電子衍射圖樣,2、電子雙縫實驗,1961年瓊森（Claus Jnsson）將一束電子加速到50Kev，讓其通過一縫寬為a=0.510-6m，間隔為d=2.010-6m的雙縫,當電子撞擊熒光屏時,發(fā)現了類似于雙縫衍射實驗結果.,,大量電子一次性的

6、行為,電子顯微鏡,電子顯微鏡下的灰塵,,回顧與評價,我對光的認識經歷了幾個過程：,波粒二象性對我的思維沖擊：,德布羅意假說對我的啟發(fā)：,我對科學研究方法的新體會：,五、小結,例1、試估算一個中學生在跑百米時的德布羅意波的波長。,解：估計一個中學生的質量m50kg ，百米跑時速度v7m/s ，則,由計算結果看出，宏觀物體的物質波波長非常小，所以很難表現出其波動性。,例2、(1)電子動能Ek=100 eV；(2)子彈動量p=6.63106 kg.m.s-1, 求德布羅意波長。,解： (1)因電子動能較小，速度較小，可用非相對論公式求解。,=1.23,(2)子彈:,h= 6.6310-34,= 1.010-40m,可見，只有微觀粒子的波動性較顯著；而宏觀粒子(如子彈)的波動性根本測不出來。,