第五课 粒子的波动性和量子力学的建立 （课件）-2022-2023学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第三册）

§4.5 粒子的波动性和量子力学的建立 德布罗意 (de Broglie,1892-1987) 光的波粒二象性复习 1.哪些现象证明光光具有波动性？ 光的干涉实验、衍射实验、光的偏振现象。 光具有波动性 光是横波 2.证明光具有粒子性的实验有哪些？ 3.光的本质： 光具有波粒二象性，光具有粒子性同时也具有波动性 光电效应、康普顿效应 4.光的波动性和粒子性的体现 ⑴大量光子产生的效果显示波动性；个别光子产生的效果显示粒子性。 ⑵波长长的光波动性明显；波长短的光粒子性明显。 ⑶光在空间传播时显示波动性；与物质微粒作用时显示粒子性。 小结： 光的二象性。互不否定，皆是光的本身属性。只是在不同条件下表现不同。只有从波粒二象性的角度，才能统一说明光的各种行为。 1672 牛顿 微粒说 T/年 惠更斯波动说 1690 麦克斯韦电磁说 1864 1905 爱因斯坦光子说 光的性质 实验事实 描述的物理量 波动性 粒子性 波动性 粒子性 光的干涉 光的衍射 光电效应 康普顿效应 ν、λ 光学发展史 密立根 光电效应实验 光学发展史 1672 牛顿 微粒说 T/年 惠更斯波动说 1690 麦克斯韦电磁说 1864 1905 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 1916 1922 康普顿效应 牛顿微粒说占主导地位 波动说 渐成真理 1672 牛顿 微粒说 T/年 惠更斯 波动说 1690 麦克斯韦电磁说 1864 1905 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。 粒子性 波动性 （具有能量） （具有频率） （具有动量） h h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁 一.光的波粒二象性 （具有波长） 频率低、波长长，波动性较明显 频率高、波长短，粒子性较明显 光具有波粒二象性 电磁波 光 子 光的波动性 光的粒子性 波长 频率 波速 动质量 能量 动量 波的干涉 波的衍射 横波偏振 波动参量 波的行为特性 粒子参量 粒子的行为特性 黑体辐射 光电效应 康普顿效应 　　1923年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设想，对于光子的波粒二象性会不会也适用于实物粒子。 光具有粒子性，又具有波动性。 光子能量和动量为 上面两式左边是描写粒子性的 E、P；右边是描写波动性的 、。 将光的粒子性与波动性联系起来。 实物粒子：静止质量不为零的那些微观粒子。 一切实物粒子都有具有波粒二象性。 二、粒子波动性的假设 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，用类比方法分析问题。 1924年，他考虑到普朗克量子爱因斯坦光子理论的成功在博士论文《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。这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波. 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”。 三.粒子的波粒二象性 德布罗意 1892-1987，法国 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。 与粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波. 德布罗意关系式  ─ 德布罗意波长 （de Broglie wavelength） 三.粒子的波粒二象性 如：速度υ = 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υ = 5.0107m/s， 对应的德布罗意波长为： 太小测不到！ X射线波段 宏观物体的波动性不必考虑，只考虑其粒子性。 宏观物体的德布罗意波长小到实验难以测量的程度， 屏 P 多晶薄膜 高压 栅极 阴极 1927年，汤姆孙和戴维孙先后进行了电子衍射实验。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。 电子衍射图样 四.物质波的实验验证 电子衍射实验 多晶铝箔 戴维森 1881-1958，美国 G. P.汤姆孙 1892-1975，英国 屏 P 多晶薄膜 高压 栅极 阴极 1927年，汤姆孙和戴维孙先后进行了电子衍射实验。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。 15 电子的单缝、双缝、三缝和四缝衍射实验图象 琼森（Claus Jönsson ） 单缝衍射 双缝衍射 三缝衍射 四缝衍射