高中物理选修3-5173粒子的波动性

光的本性,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。”如果是你，你会如何回答？那么光的本性到底是什么？,密立根光电效应实验,光学发展史,T/年,波动性,粒子性,赫兹电磁波实验,赫兹发现光电效应,康普顿效应,粒子性,波动性,具有能量,具有频率,具有动量,一.光的波粒二象性,具有波长,光既具有粒子性，又具有波动性。(h架起了粒子性与波动性的桥梁),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,课堂练习：1、光的_和_现象说明光具有波动性，_现象说明光具有粒子性我们无法只用其中一种观点说明光的一切行为，因而认为光具有_性2、光既具有波动性，又具有粒子性。大量光子表现出的_强，少量光子表现出的_强；频率高的光子表现出的_强，频率低的光子表现出的_强,干涉,衍射,光电效应,波粒二象,波动性,粒子性,粒子性,波动性,德布罗意原来学习历史，后改学理论物理。善于用历史的观点，用类比方法分析问题。1924年，他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到实物粒子，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.1929年，德布罗意获得诺贝尔物理学奖，,德布罗意，波动力学创始人，量子力学奠基人之一。,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v和波长所描述的波动性。,与粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波.,爱因斯坦德布罗意关系式,二.粒子的波粒二象性,一切实物粒子都有波动性后来，大量实验都证实了：质子、中子和原子、分子等实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布罗意关系。一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？例1：质量m=0.01kg，速度v=300m/s的子弹的德布洛意波长为结果表明，宏观物体(如子弹)的波动性根本测不出来。所以，宏观物体只表现出粒子性。,例2：电子动能Ek=100eV，质量m=9.110-31Kg,求德布罗意波长。解：电子动能较小，速度较小，用非相对论公式求解：,=1.23,可见，微观粒子的波动性较显著，如电子运动时，相当于X射线波段。,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,1.电子衍射实验,1927年，戴维孙和汤姆孙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,1927年，G.P.汤姆孙令一电子束通过薄铝箔，结果发现，同X射线一样，也能得到清晰的电子衍射图样。,电子衍射实验,多晶铝箔,电子的单缝、双缝、三缝和四缝衍射实验图象,G.P.汤姆孙（1927）,约恩孙（1960）,单缝衍射,双缝衍射,三缝衍射,四缝衍射,微观粒子具有波粒二象性的理论得到了公认。电子衍射、中子衍射、原子和分子束在晶体表面散射所产生的衍射实验都获得了成功。,2.电子双缝实验,1961年琼森（ClausJnsson）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，当电子撞击荧光屏时，发现了类似于双缝衍射实验结果.,大量电子一次性的行为,电子显微镜电子在两个电极间加速，由于电压越高，电子最终获得的动量越大，它的波长越短，分辨能力就越强。,电子显微镜下的灰尘,17.4概率波,微观粒子不是经典粒子,经典粒子双缝衍射,子弹可以看作是经典粒子假想用机关枪扫射双缝A和B，屏幕C收集子弹数目,1)将狭缝B挡住,子弹通过A在屏幕C上有一定的分布,类似于单缝衍射的中央主极大P1子弹落在中央主极大范围的概率分布,2)将狭缝A挡住,子弹通过狭缝B在屏幕C上有一定的分布,类似于单缝衍射的中央主极大P2子弹落在中央主极大范围的概率分布,3)A和B狭缝同时打开,子弹是经典粒子原来通过A狭缝的子弹还是通过A原来通过B狭缝的子弹还是通过B,屏幕C上子弹的概率分布,不因两个狭缝同时打开每颗子弹会有新的选择！,电子双缝衍射,电子枪发射出的电子，在屏幕P上观察电子数目,1)将狭缝B挡住,电子通过狭缝A在屏幕C有一定分布类似于单缝衍射的中央主极大,2)将狭缝A挡住,电子通过狭缝B在屏幕C上有一定的分布类似于单缝衍射的中央主极大,3）A和B狭缝同时打开,如果电子是经典粒子原来通过A狭缝的电子还是通过A原来通过B狭缝的电子还是通过B,屏幕上电子的概率分布,屏幕C实际观察到类似光的双缝衍射条纹,屏幕C