人教版高中物理选修3-5-17.3-粒子的波动性教学课件-(共21张PPT)

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1、§17.3粒子的波动性第十七章波粒二象性重庆市忠县中学校高二物理教研组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。”如果你是布拉格教授，将如何机智地回答？那么光的本性到底是什么？密立根光电效应实验1672牛顿微粒说T/年惠更斯波动说1690麦克斯韦电磁说18641905爱因斯坦光子说波动性粒子性1801托马斯·杨双缝干涉实验1814菲涅耳衍射实验赫兹电磁波实验1888赫兹发现光电效应19161922康普顿效应牛顿微粒说占主导地位波动说渐成真理光学发展史1

2、672牛顿微粒说T/年惠更斯波动说1690麦克斯韦电磁说18641905爱因斯坦光子说波动性粒子性1909爱因斯坦光的波粒二象性光既具有粒子性，又具有波动性。光学发展史粒子性波动性（具有能量）（具有频率）（具有动量）hh架起了粒子性与波动性之间的桥梁（具有波长）一、光的波粒二象性二、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）在光学中与波动方面的研究相比，忽视了粒子方面的研究，而在实物粒子上，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”德布罗

3、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。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。能量为E、动量为p的粒子与频率为v、波长为的波相联系，并遵从以下关系：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)

4、,其波长称为德布罗意波长。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

5、v≈7m/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。波的干涉：两列波相遇区域，有的区域振动加强有的区域振动减弱，且加强区与减弱区相互间隔的现象干涉条件：频率相同，相位差恒定波的衍射：波绕过障碍物或小孔到达影区的现象。明显衍射的条件：

6、障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多。补充：干涉、衍射是波特有的现象二、物质波的实验验证（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1927年C.J.戴维森与G.P.革末作电子衍射实验，验证电子具有波动性。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。L.V.德布罗意电子波动性的理论研究1929诺贝尔物理学奖C.J.戴维孙和G.P.汤姆孙通过实验发现晶体对电子的衍射作用1937诺

7、贝尔物理学奖X射线经晶体的衍射图电子射线经晶体的衍射图电子显微镜电子显微镜下的灰尘