17.3 粒子的波动性 课件 -2021-2022学年高二下学期物理人教版选修3-5

17.3 粒子的波动性 1 大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。 粒子性 波动性 （具有能量E） （具有频率f） （具有动量） h h 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 光具有波粒二象性 光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。 频率低、波长长，波动性较明显 频率高、波长短，粒子性较明显 干涉 光电效应 一、光的波粒二象性 二、粒子的波动性 法国物理学家，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。 1924年，他在博士论文《关于量子理论的研究》中大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子，如电子，质子等。于是他提出实物粒子也具有波动性。 德布罗意，波动力学创始人，量子力学奠基人之一。1929年诺贝尔物理学奖获得者 二、粒子的波动性 德布罗意，波动力学创始人，量子力学奠基人之一。1929年诺贝尔物理学奖获得者 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。” 二、粒子的波动性 德布罗意，波动力学创始人，量子力学奠基人之一。1929年诺贝尔物理学奖获得者 光的波粒二象性 实物粒子 推广 电子、 质子、 原子、 小石子、 实物粒子也具有波动性 即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系,如一个质量为 m 的实物粒子以速率 v 运动时,即具有以能量ε 和动量 p 所描述的粒子性，同时也具有以频率 v 和波长λ 所描述的波动性。 与实物粒子相联系的波称为物质波。  为 德布罗意波长 二、粒子的波动性 物体的动量 普朗克常量 德布罗意波波长 任何一个物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应。 物质波（德布罗意波） 二、粒子的波动性 德布罗意关于实物粒子具有波动性的假说，就像光具有粒子性一样，从以往物理学的观点来看是无法理解的。光的粒子性被光电效应和康普顿效应所证实，已经无可怀疑了。可是，似乎纯粹以类比方法提出的德布罗意波，实在超越了人们的想像力，以至于德布罗意本人也说，他的这些思想，很可能被看做“没有科学特征的狂想曲“。 和普朗克的能量量子化，爱因斯坦的光电效应方程一样。刚开始自己都不信，等到别人实验来证明。 二、粒子的波动性 德布罗意 光 干涉和衍射现象 波动性 找到电子、质子等实物粒子干涉和衍射的图样 验证方法： 实验 结论 干涉 衍射 三、物质波的实验验证 0.1nm 伦琴射线衍射实验 在伦琴射线发现后的十多年间，这种射线到底是不是波长很的电磁波，尚无定论。1912年，德国物理学家劳厄提议，利用晶中体排列规则的物质微粒作为衍射光栅，来检验伦琴射线的波动性。实验获得了成功，证实伦琴射线就是波长为十分之几纳米的电磁波。 射线 三、物质波的实验验证 电子衍射实验 屏 P 多晶薄膜 高压 栅极 阴极 考虑到电了的德布罗意波长与伦琴射线的波长具有相近的数量级，1927年載维孙、汤姆孙分別利用晶体做了电子束衍射的实验，得到了类似图衍射图样，从而证实了电子的波动性。 三、物质波的实验验证 电子双缝实验 1961年琼森将一束电子加速到50Kev，让其通过一缝宽为a=0.510-6m，间隔为d=2.010-6m的双缝,当电子撞击荧光屏时,发现了类似于双缝衍射实验结果。 三、物质波的实验验证 一切实物粒子都有波动性 除了电子以外，后来还陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性。对于这些粒子，德布罗意给出的v＝E/h和入=h/p关系同样正确。 1929年，德布罗意获得了诺贝尔物理学奖，成为以学位论文获此殊荣的人。 三、物质波的实验验证 既然一切运动的物体都具有波动性，那么宏观物体为什么仅表现出粒子性，而没有表现出波动性呢？ 思考 1、质量为m =0.01Kg，速度υ = 3.0102m/s飞行的子弹，对应的德布罗意波长为多少？ 太小测不到！ 思考 2、估计一个中学生的质量m≈50kg ，百米跑时速度v≈7m/s ，对应德布罗意波的波长。 太小测不到！ 思考 而一个原来静止的电子，在经过100V电压加速后，德布罗意波长约为0.12nm，因此有可能观察到电子的波动性。 所以粒子的波粒二象性是相对的，在动量很大时，波长很短无法观测，体现不出波动性。动量很小就可观测到波动性。 普朗克常数值极小，宏观物体的波长太短,到现在为止，我们无法观察到宏观物体的波动性。宏观物体的波动性不必考虑，只考虑其粒子