人教版高中物理選修3-5-17.3-粒子的波動性教學(xué)課件-(共21張PPT)

§17.3粒子的波動性第十七章波粒二象性重慶市忠縣中學(xué)校高二物理教研組有記者曾問英國物理學(xué)家、諾貝爾獲獎?wù)卟祭窠淌冢汗馐遣ㄟ€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(xué)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？密立根光電效應(yīng)實驗1672牛頓微粒說T/年惠更斯波動說1690麥克斯韋電磁說18641905愛因斯坦光子說波動性粒子性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1888赫茲發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)19161922康普頓效應(yīng)牛頓微粒說占主導(dǎo)地位波動說漸成真理光學(xué)發(fā)展史1672牛頓微粒說T/年惠更斯波動說1690麥克斯韋電磁說18641905愛因斯坦光子說波動性粒子性1909愛因斯坦光的波粒二象性光既具有粒子性，又具有波動性。光學(xué)發(fā)展史粒子性波動性（具有能量）（具有頻率）（具有動量）hh架起了粒子性與波動性之間的橋梁（具有波長）一、光的波粒二象性二、德布羅意波（物質(zhì)波）De.Broglie1923年發(fā)表了題為“波和粒子”的論文，提出了物質(zhì)波的概念。

他認為，“整個世紀以來（指19世紀）在光學(xué)中與波動方面的研究相比，忽視了粒子方面的研究，而在實物粒子上，是否發(fā)生了相反的錯誤呢？是不是我們把粒子的圖象想得太多，而過分忽略了波的圖象呢”德布羅意(duedeBroglie,1892-1960)

德布羅意原來學(xué)習(xí)歷史，后來改學(xué)理論物理學(xué)。他善于用歷史的觀點，用對比的方法分析問題。

1923年，德布羅意試圖把粒子性和波動性統(tǒng)一起來。1924年，在博士論文《關(guān)于量子理論的研究》中提出德布羅意波,同時提出用電子在晶體上作衍射實驗的想法。愛因斯坦覺察到德布羅意物質(zhì)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(xué)家，1929年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者，波動力學(xué)的創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠基人之一。

能量為E、動量為p的粒子與頻率為v、波長為的波相聯(lián)系，并遵從以下關(guān)系：

這種和實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波(物質(zhì)波或概率波),其波長稱為德布羅意波長。一切實物粒子都有波動性

后來，大量實驗都證實了：質(zhì)子、中子和原子、分子等實物微觀粒子都具有波動性，并都滿足德布洛意關(guān)系。一顆子彈、一個足球有沒有波動性呢？質(zhì)量m=0.01kg，速度v=300m/s的子彈的德布洛意波長為計算結(jié)果表明，子彈的波長小到實驗難以測量的程度。所以，宏觀物體只表現(xiàn)出粒子性。由光的波粒二象性的思想推廣到微觀粒子和任何運動著的物體上去，得出物質(zhì)波（德布羅意波）的概念：任何一個運動著的物體都有一種波與它對應(yīng)，該波的波長λ=?！纠?】試估算一個中學(xué)生在跑百米時的德布羅意波的波長。解：估計一個中學(xué)生的質(zhì)量m≈50kg，百米跑時速度v≈7m/s，則由計算結(jié)果看出，宏觀物體的物質(zhì)波波長非常小，所以很難表現(xiàn)出其波動性。【例2】(1)電子動能Ek=100eV；(2)子彈動量p=6.63×106kg.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=6.63×10-34=1.0×10-40m

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。波的干涉：兩列波相遇區(qū)域，有的區(qū)域振動加強有的區(qū)域振動減弱，且加強區(qū)與減弱區(qū)相互間隔的現(xiàn)象干涉條件：頻率相同，相位差恒定波的衍射：波繞過障礙物或小孔到達影區(qū)的現(xiàn)象。明顯衍射的條件：障礙物或孔的尺寸比波長小或相差不多。補充：干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象二、物質(zhì)波的實驗驗證（戴維遜－革末實驗）1927年，Davisson和Germer

進行了電子衍射實驗。（該實驗榮獲1937年Nobel物理學(xué)獎）戴維遜--革末實驗電子衍射實驗

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。

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(guān)系和衍射理論給以解釋，從而驗證了物質(zhì)波的存在。L.V.德布羅意電子波動性的