電子波動性發(fā)現(xiàn)實驗題分值幾乎占到物理試卷總分

以及實驗步驟的完善和實驗數(shù)據(jù)的處理,甚至實驗誤差問題都有所涉及這幾乎就是今后物理實驗命題的方向,因此在教學中深挖上實驗的設計思想,多做實驗的工作,加強學生實驗能力的培養(yǎng),切忌從某復習資料中找一些高難度的實驗,不但加重學生負擔,而且沒有好的效果.近些年來,大量高考復習資料由于編寫年代、指導思想、編寫水平不同,無法適應現(xiàn)在高考的需要,甚至有些老復習資料改變一下書皮、換一個具有時代感的名字又來了,陳舊,過偏、過難的題目時有出現(xiàn),新編復習資料為適應所謂“綜合”設置的情景過于復雜,

及面太廣這些題目的出現(xiàn)都大大增加了學生負擔分析24年高考試題,沒有偏難怪和情景特別復雜的題目出現(xiàn),即使與實際相聯(lián)系的題目敘述也是相當清晰明了,很容易提煉出物理模型因此對不適應理綜模式下高考要求的題目應大膽放棄,把主要精力放在能夠真正體現(xiàn)物理思想的情景教學中.牛頓運動定律功能關系動量守恒定律電感感應帶電粒子在電場磁場中運動等物理學的主干知識要重點復習或?qū)ｎ}輔導,因為這些知識將在試卷中重點出現(xiàn)重復出現(xiàn),所占分值比例相當大.··61這一切都似乎在不顯山露水地提醒物理學家注意既然像光這類電磁波都具有微粒性,那么實物粒子為什么不具有波動性呢?整個物理界一時好似“失語”,.就在1924年有一位年輕人提出了一個石破天驚的假設,他就是法國巴黎大學年輕的、在物理學界當時還是個無名小卒的德布羅意他在經(jīng)過較長時間的思考之后,毅然在他的博 答 中提這樣一個大膽的設想一切實物粒子都具有波動性,波長λ等于=h,p是運動物體的動量,hp朗克常量.他認為19世紀在對光的研究上,只重視了它的波動性而輕視了其粒子性,而對實物粒子的研究上德布羅意還提醒答辯注意,他的假設可以通過電子的運動加以證實,并當從小孔穿過時就能呈現(xiàn)出衍射現(xiàn)象表現(xiàn)出其波動性德布羅意的假設在當時過于超前離奇,以至于答辯委員會在決定是否應授予他時不得不征求大名鼎鼎的的意見盡管認為這一假設對真實粒子的適用性如何,尚是一個需要實驗驗證的懸念,但最終同意授予德布羅意博士.科學上的每一個假設必須得到實驗的證實,它便無法成立那么對實物粒子具有波動性這一假設來驗證呢?當時幾乎沒有人認為這是可能做到的,也沒有人關心這方面的實驗,直到1927年的物理學家戴維森和1928年英國物理學家湯姆遜用不同的方法證實了電子具有波動性之后,世人才真正為德二、電子波動性的發(fā)現(xiàn)者戴維森和小湯姆遜戴維森,81年12月2日出生于伊利諾州的布魯明頓,他的父親是荷蘭和法國的后裔,母親是英格蘭和蘇格蘭人的后裔早年在布魯明頓公立學校讀書92年中學畢業(yè)后,由于他的數(shù)學和物理成績優(yōu)異而獲得芝加哥大學的獎學金,于當年9月進入芝加哥大學,在那里受教于密立根,曾一度當過密立根的助手,他在大學學習期間因付不起學費,一邊教物理,一邊攻讀,是當時成績最突出的一位學生,深受密立根喜愛,后來戴維森到普林斯頓Prneto大學工作,從事電子物理學的研究實習正好著名的熱電子發(fā)射專家里查森OWicarso從英國應邀到普林斯頓大學作研究教授密立根和里查森對戴維森都有很深的影響戴維森有點口吃,教學效果不好,后來就放棄在大學任教,于117年轉(zhuǎn)入西部電氣公司的工程部貝爾從事研究工作,成績卓著他的研究集中在兩個領域,熱電子發(fā)射和二次電子發(fā)射121年,他和助手康斯曼CHKnma在用轟擊

,鎳靶上發(fā)射的“二次電子”竟有少數(shù)具有與轟擊鎳靶的一次電子相同的能量,顯然是在金屬反射時發(fā)生了彈性碰撞,他們特別注意到“二·62次電子”的角度分布有兩個極大值,不是平滑的曲線.電作用力解釋這一曲線顯然,他們沒有領悟到這是一“塞翁失馬,焉知非?！?戴維森的電子波動性的發(fā)現(xiàn),正好應驗了這句話.他是在一次不幸的實驗事1925年的一天,戴維森和他的助手革末正在實驗室做電子的晶體散射實驗,研究電子經(jīng)普通鎳靶散射后角分布的規(guī)律由于靶子溫度很高,真空管突然破裂,從破裂口進去的空氣又使鎳靶嚴重氧化他們不得不維修設備,由于使用的鎳靶是經(jīng)過特殊拋光的,在修復真空管時,還必須使鎳靶在真空中長時間加熱以去凈表面的氧化物兩個月后他們恢復了實驗,但第一次的實驗結(jié)果就使他們大吃一驚,電子的角分布曲線幾X射線的衍射花樣他們對此迷惑不解,因為經(jīng)過反復檢查后,并沒有發(fā)現(xiàn)X射線,有的只是電子流為了查明原因,他們不惜又一次中斷實驗,鋸開真空管,并請來有名氣的顯微鏡專家魯卡斯幫助找原因在魯卡斯的協(xié)助下,他們發(fā)現(xiàn)鎳靶已在修復當中因加熱發(fā)生了變化,原來磨得、包含許多小晶粒的鎳靶表面已變成了幾塊較大的單晶體他們推測,這種新引起的面對這一預想不到的重要的新現(xiàn)象,戴維森和革末不是回避它,而是積極地去探索他們不但繼續(xù)做實驗,而且還利用由不同過程得到的鎳靶的實驗結(jié)果與之進行比較但是兩年過去了,他們所有的努力都付之東流,再也沒有獲得那次偶然的實驗曲線.1926年夏, 英國探親,戴維森這時正為自己未獲成功的實驗躊躇,就隨身帶著新近得到的實驗結(jié)果,希望他的姻兄能給他一些啟示這時正值英國科學促進會在牛津開會戴維森隨里查森參加了會議在8月10日的MBorn)講到,戴維森和康斯曼從金屬表面反射的實驗有可能是德布羅意波動理論所的電子衍射的當他聽了玻爾的報告后,感到十分驚訝,因為早在兩年前德布羅意就提出了實物粒子具有波動性的假設,而自己在美洲大陸竟對此一無所知并且他正在做的工作與德布羅意建議的實驗是如此相近,以至于他似乎覺得那種特殊的曲線也許真能驗證德布羅意的假

與電子流入射法線為45角的散射方向上出現(xiàn)了最強的經(jīng)過初步的理論分析和定量計算,他們認為這與發(fā)現(xiàn)電子具有波動性和證明了德布羅意波長的正確性的距離已經(jīng)很近了以下就是他們的實驗結(jié)果與理論分析回到之后,戴維森和革末立即恢復工作,的目的非常明確,設法用實驗證實德布羅意的假設.戴維森在實驗中通過改變加速電壓使電子具有不同的能量17年1月,他們終于發(fā)現(xiàn)當電壓為5V時,在K射出來電子經(jīng)電勢差UKD加速后,通過一組欄縫D以一定角度投射到鎳單晶體M上,經(jīng)B收集I0.實驗結(jié)果:在某一角度φ下,電子流強度I不是隨UKD增大而單調(diào)增大,而只有當電勢差為某些特定值時電子流才有極大值.理論分析測量結(jié)果不能用粒子運動來說明,但可X射線波對晶體衍射方法來分析.也就是把加速電子看成波面而不是粒子利用德布羅意,可得λ= =1m0為電子靜止質(zhì)量2=2dsin=k k=0,1,2)UKD滿足上式時,電子流強度I為最大值.到了這年8月份,他們共獲得30種這類的曲線,29種竟可以用德布羅意的理論給出的解釋,結(jié)論可靠無誤,電子確有波動1理論分析的文章,得到了物理學界的強烈反響,事實上,在發(fā)現(xiàn)電子波動性的研究中,還要提到另一位英國物理學家湯姆遜,他就是那位因發(fā)現(xiàn)電子而榮獲1906年物理學獎的老湯姆遜的兒子如果說,是從偶然的發(fā)現(xiàn)中抓住了新的事物,針對解釋不了的實驗結(jié)果進行了艱苦的研究,從而發(fā)現(xiàn)和證實電子衍射現(xiàn)象的,那么,湯姆遜則是從一開始就抓住了這個,比較順利地達到了預定目標.小湯姆遜從小就受到過良好的科學教育,成年后又跟隨父親老湯姆遜在卡文迪許從事物理學研究92年,30歲的湯姆遜成為阿伯登Aeree大 的正射線的研究工作,所用實驗裝置主要是真空設備和1 《哲學》上時,他就對之深為欣賞,并于1925年也向《哲學》投稿,討論德布羅意的理論126年8月英國科學促進會對這個問題的討論,會議結(jié)束后,小湯姆遜突然想到如果電子具有波動性,那就會產(chǎn)生衍射效應有一天,他到卡文迪什,看到氦對電子的散射,當時誤以為這就是電子衍射湯姆遜回到阿伯登大學,就安排一位雷德ARi賽璐珞薄膜做這個課題他們做這項工作很容易,因為他們的正射線散射實驗已經(jīng)做了好幾年,只要將感應圈的極性反接,雷德立即得到了邊緣模糊的暈圈于是,湯姆遜和雷德的短訊于《》97年6月18日上,僅次于兩個月為了說明觀

到的現(xiàn)象正是電子衍射,而不是由于高速電子碰撞產(chǎn)生的X射線衍射,湯姆遜用磁場將偏向一方,發(fā)現(xiàn)整個圖像平移,保留原來的花樣由此肯定是帶電粒子的射線,而不是X射線接著,湯姆遜和他的同事對高速電子衍射進行了一系列的實驗,靶子材料改用鋁金鉑等金屬材料因為當時他們還沒有掌握真空濺射和鍍膜技術,要厚度只有106cm的薄膜是非常的湯姆遜在他的正式 中宣布他得到的電子衍射圖形與X“”所得圖形非常相似.這些圖形的大小與德布羅意波動力學理論預計的結(jié)果在5的范圍內(nèi)相符.電子波動性的發(fā)現(xiàn),使得德布羅意由于提出實物粒子具有波動性這一假設得以證實,并因此而獲得1929年物理學獎而和小湯姆遜由于發(fā)現(xiàn)了電子的波動性也同獲37年物理學獎,以表彰他們用晶體對電子衍射所做出的實驗發(fā)現(xiàn)但是兩位物理學家一個在歐洲大陸,一個在美洲大陸,并且在根本不了解對方工作的情況下,采用不同的方法但卻是幾乎同時完成一個偉大的發(fā)現(xiàn),也是科學史上一個少見的巧合另外,父親老湯姆遜因發(fā)現(xiàn)電子是粒子而不是波動獲得獎,而兒子小湯姆遜又因發(fā)現(xiàn)電子既是粒子又是波動也獲得獎,更是物理學上的一件趣事.后來,和湯姆遜的電子衍射實驗分別發(fā)展成LDR,

根據(jù)我們?nèi)粘５慕?jīng)驗,微小的物質(zhì)世界已經(jīng)超出人們的感覺但是我們能夠觸及和看到的所有一切,包括傳遞觸覺的神經(jīng)脈沖和光在內(nèi),其特性都歸結(jié)于原子和分子構成的精巧建筑物,而量子力學便是營造出這些建筑物的至于那些直接依賴原子過程的宏觀現(xiàn)象,例如激光、超導材料、固體電子學等現(xiàn)代科學技術的研究更是要用到量子力學因而我們應當說,如果沒有電子波動性的發(fā)現(xiàn),就不會有現(xiàn)代科學的今天.電子具有波動性這能本身也廣泛地應用于現(xiàn)代科學技術之中電子顯微鏡就是建立在電子波動性基礎上用很高的電壓加速電子,可以使電子的德布羅1011～10-12m