粒子的波动性课件

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1、选修3-5第十七章波粒二象性崭新的一页粒子的波动性德布罗意波波粒二象性1、德布罗意波（物质波）De.Broglie1923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(duedeBroglie,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。

2、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。德布罗意的思维逻辑德布罗意1892-1987实物粒子也具有波动性利用类比的想法，提出物质波概念与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，或叫物质波。预言：电子通过一个小孔或晶体时会形成衍射条纹。电子有质量根据相对论：一切实物粒子都有

3、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=300m/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

4、/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；求德布罗意波长。解(1)=1.2310-10m(2)人:10-36m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

5、/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）1937诺贝尔物理学奖1927年，美国贝尔实验室的戴维森（ClintonJosephDavisson，1881～1958）、革未（LesterHalbertGermer，1896～1971）通过实验发现晶体对电子的衍射1927年英国

6、的汤姆逊（GeorgePagetThomson，1892～1975）通过电子在多晶膜上的透射得到了环状的电子衍射图象。它与光的圆孔衍射图象极为相似电子衍射X光衍射1927年戴维孙—革末通过电子在晶体表面的散射实验得到了与X射线衍射相似的电子衍射1927年英国的汤姆逊通过电子在金的多晶膜上的透射得到了环状的电子衍射图象。它与光的圆孔衍射图象极为相似电子衍射花样类似的实验：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

7、象性的统一性的基本公式，1929年，DeBroglie因发现电子波而荣获Nobel物理学奖。电子显微镜在电子显微镜下放大30000倍的细菌图像电子显微镜下的头发分叉照片电子显微镜下的血液中红细胞的照片用电子显微镜放大115倍之后的室内灰尘造成伊波拉出血热的丝状病毒样貌人类对于光的认识历程能量量子化普朗克德布罗意：粒子和波这两种观点应该以某种方式统一粒子难以解释波动难以解释这个推导不适用于电子：动量的表达式错误！×父子诺贝尔奖——汤姆逊G.P.汤姆逊1892-1975C.J.戴维逊和G.P.汤姆逊为此获得了1937年诺贝尔物理学奖。J

8、.J.汤姆逊1856-19401906年,汤姆逊由于发现电子和对气体放电理论和实验做出了重大贡献获得诺贝尔物理学奖。父子