光的波粒二象性物质波

17.3崭新的一页崭新的一页 :粒子的波动性粒子的波动性德布罗意德布罗意 (de Broglie,1892-1987) 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？光的本性光学发展史1672牛顿牛顿微粒说微粒说T/年惠更斯惠更斯波动说波动说1690麦克斯韦麦克斯韦电磁说电磁说18641905爱因斯坦爱因斯坦光子说光子说光的性质 实验事实 描述的物理量波动性粒子性波动性波动性粒子性粒子性光的干涉光的干涉 光的衍射光的衍射光电效应光电效应 康普顿效应康普顿效应 、 密立根光电效应实验光学发展史1672牛顿牛顿微粒说微粒说T/年惠更斯惠更斯波动说波动说1690麦克斯韦麦克斯韦电磁说电磁说18641905爱因斯坦爱因斯坦光子说光子说波动性波动性粒子性粒子性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1672牛顿牛顿微粒说微粒说T/年惠更斯惠更斯波动说波动说1690麦克斯韦麦克斯韦电磁说电磁说18641905爱因斯坦爱因斯坦光子说光子说波动性波动性粒子性粒子性1909爱因斯坦爱因斯坦光的波粒光的波粒二象性二象性光既具有粒子性，又具有波动性光既具有粒子性，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一 .光的波粒二象性（具有波长）1672牛顿牛顿微粒说微粒说T/年惠更斯惠更斯波动说波动说1690麦克斯韦麦克斯韦电磁说电磁说18641905爱因斯坦爱因斯坦光子说光子说波动性波动性粒子性粒子性1909爱因斯坦爱因斯坦光的波粒光的波粒二象性二象性光既具有光既具有 粒子性粒子性 ，又具有，又具有 波动性波动性。1924德布罗意德布罗意粒子的波粒子的波粒二象性粒二象性实物粒子既具有实物粒子既具有 粒子性粒子性 ， 也具有波动性也具有波动性。二 .粒子的波粒二象性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 ”。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。二 .粒子的波粒二象性一个质量为 m的实物粒子以速率 v 运动时，即具有以能量 和动量 p所描述的粒子性，同时也具有以频率 和波长 所描述的波动性。h粒子性 波动性波动性二者通过h来联系二 .粒子的波粒二象性德布罗意波德布罗意波（物质波）（物质波）的的 波长波长在 时电子的德布罗意波长 注意： 对实物粒子， v是指粒子的速度（群速）故不存在 v=的关系。加速电势差为 U，则二 .粒子的波粒二象性可获得电子在不同电压下的波长的单位为 eV与 x射线的波长相当 二 .粒子的波粒二象性由于 德布罗意博士论文独创性，得到了答辩委员会的高度评价，但是人们总觉得他的想法过于玄妙，无法接受。于是，有人质问：有什么可以验证这一新的观念？如果你是 德布罗意，将如何验证自己的观点？三 .物质波的实验验证0.1nmX 射线照在晶体上可以产生衍射，电子打在晶体上也能观察电子衍射。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。1. 电子衍射实验 1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。探测器探测器电子束电子束电子枪电子枪镍单晶镍单晶三 .物质波的实验验证Ia=0.215nm d=0.0908nm电流出现了周期性变化 Ni单晶da实验结果：三 .物质波的实验验证实验解释：将电子看成波，其波长为德布罗意波长：既然是波，电流出现最大值时正好满足布喇格公式：即：实验装置：GNi单 晶电流计UBK发射电子阴级加速电极显然将电子看成微粒无法解释。实验表明电流最大值正好满足M三 .物质波的实验验证1927年 G.P.汤姆逊（J.J.汤姆逊之子） 也独立完成了电子衍射实验。与 C.J.戴维森共获 1937 年诺贝尔物理学奖。屏屏 P多晶薄膜高压栅极阴极1. 电子衍射实验 2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。此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。 电子衍射图样三 .物质波的实验验证三 .物质波的实验验证三 .物质波的实验验证2.电子双缝实验1961年琼森（ Claus Jnsson）将一束电子加速到 50Kev，让其通过一缝宽为 a=0.510-6m，间隔为 d=2.010-6m的双缝 ,当电子撞