3　粒子的波动性 (14).ppt

问题 回顾前面的学习 总结人类对光的本性的认识的发展过程 17 3粒子的波动性 光的本性 T 年 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 赫兹发现光电效应 牛顿微粒说占主导地位 波动说渐成真理 动量和能量是描述粒子性的 频率和波长则是用来描述波动性的 h架起了粒子性和波动性之间的桥梁 一 光的波粒二象性 光既具有波动性 又具有粒子性 即光具有波粒二象性 光子的能量 光子的动量 实物粒子有无波动性呢 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 他认为 整个世纪以来 指19世纪 在光学上 与波动方面的研究相比 忽视了粒子方面的研究 而在实物粒子的研究上 是否发生了相反的错误呢 是不是我们把粒子方面的图象想得太多 而忽略了波的现象 他提出假设 实物粒子也具有波动性 德布罗意法国物理学家 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 粒子的波动性 能量为 动量为p的粒子与频率为v 波长为 的波相联系 并遵从以下关系 这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波 物质波或概率波 其波长 称为德布罗意波长 V h h p 宏观物体的波长比微观粒子的波长小得多 这在生活中很难找到能发生衍射的障碍物 所以我们并不认为它有波动性 作为微观粒子的电子 其德布罗意波波长为10 10m数量级 找与之相匹配的障碍物也非易事 三 物质波的实验验证 实验验证的思路 光的干涉和衍射现象是光具有波动性的有力证据 因此 如果电子 质子等实物粒子也真具有波动性 那么它们就应该像光波那样也能发生干涉和衍射 在伦琴射线的研究中找到突破 证实伦琴射线是电磁波 考虑到电子的德布罗意波长与伦琴射线的波长具有相近的数量级 1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体进行了电子束衍射实验 从而证实了电子的波动性 说明电子具有波粒二象性 他们为此获1937年诺贝尔物理学奖 电子束穿过铝箔后的衍射图像 除了电子以外 后来还陆续证实了质子 中子 以及原子的波动性 子弹 质量为m 10 2Kg 速度v 5 0 102m s 对应的德布罗意波长为 电子 质量为m 9 1 10 31Kg 速度v 5 0 107m s 对应的德布罗意波长为 太小测不到 宏观物体波动性不明显 X射线波段微观粒子波动性明显 对德布罗意物质波的理解1 任何物体 小到电子 质子 大到行星 太阳都存在波动性 我们之所以观察不到宏观物体的波动性 是因为宏观物体对应的波长太小的缘故 2 德布罗意波是一种概率波 粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配 不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波 3 德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广 使之包括了所有的物质粒子 即光子与实物粒子都具有粒子性 又都具有波动性 与光子对应的波是电磁波 与实物粒子对应的波是物质波 1 光学显微镜的原理使用无限远光学系统的显微镜主要由物镜 管镜和目镜组成 标本经物镜和管镜放大后 形成放大倒立的实象 实象经目镜再次放大后 形成放大的虚象 科学漫步 2 电子显微镜的原理电子显微镜是根据电子光学原理 用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜 使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器 光学显微镜 扫描式电子显微镜 电子显微镜 课堂小结 光是一种波 同时也是一种粒子 光具有波粒二象性 光子的能量与动量之间的关系 h P h 两式的物理量 和p描述光的粒子性 和 描述光的波动性 实物粒子也具有波动性一个能量为E 动量为p的实物粒子同时具有波动性 动量为P的粒子波长 频率 这种与实物粒子相联系的波后来称为德布罗意波 也叫物质波 物质波波长 为德布罗意波长 h为普朗克常量 p为粒子动量 下列说法正确的是 A 有的光是波 有的光是粒子B 光子与电子是同样的一种粒子C 光的波长越长 其波动性越显著 波长越短 其粒子性越显著D 射线具有显著的粒子性 不具有波动性 解析 选C 光同时具有波动性和粒子性 只是在有的情况下波动性更显著 有的情况下粒子性更显著 波长越长 波动性就更显著 粒子性就越不明显 波长越短 粒子性就更显著 波动性就越不明显 只有C选项正确 变式训练2根据物质波理论 以下说法中正确的是 A 微观粒子有波动性 宏观物体没有波动性B 宏观物体和微观粒子都具有波动性C 宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长D 速度相同的质子和电子相比 电子的波动性更为明显 解析 选BD 一切运动的物体都有一种物质波与它对应 所以宏观物体和微观粒子都具有波动性 A选项错误 B选项正确 宏观物体的物质波波长很短 不易观察到它的波动性 所以C选项错误 速度相同的质子与电子相比 电子质量小 物质波波长更长 所以电子波动性更明显 所以D选项正确 一质量为450g的足球以10m s的速度在空中飞行 一个初速度为零的电子 通过电压为100V的电场加速 试分别计算它们的德布罗意波长 其中 电子质量为9 1