17.3 粒子的波动性 (2)ppt课件

,第3节：粒子的波动性,第十七章：波粒二象性,1,1.知道实物粒子和光子一样都具有波粒二象性。2.会从能量、动量、波长、频率的角度分析波和粒子之间的联系。3.知道德布罗意波，会计算德布罗意波的波长。,2,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？,3,光学发展史,T/年,波动性,粒子性,4,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,密立根光电效应实验,康普顿效应,牛顿微粒说占主导地位,波动说渐成真理,5,光学发展史,T/年,波动性,粒子性,6,光的干涉,光的衍射,光电效应,康普顿效应,、,光子的能量,光子的动量,一、光的波粒二象性,1.光的本性：光既具有粒子性，又具有波动性！,7,2.说明：描述光的性质的基本关系左边、p是描述粒子性的，右侧、是描述波动性的，它们通过普朗克常量h联系在一起。,光子和电子、质子等实物粒子一样具有能量和动量，和其他物质相互作用时，粒子性起主导作用。,光在传播时体现出波动性，对不同频率的光，波长越长，波动性越明显。,8,他认为，“整个世纪以来(指19世纪)在光学中比起波动的研究方法来，如果说是过于忽视了粒子的研究方法的话，那末在实物的理论中，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子的图象想得太多，而过分忽略了波的图象呢”,德布罗(DeBroglie)，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。1923年发表了题为“波和粒子”的论文，提出了物质波的概念。,二、粒子的波动性,9,一个质量为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n和波长l所描述的波动性。,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，并都满足德布洛意关系。,1.物质波：实物粒子也具有波动性。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。,德布罗意关系：,10,2.说明：一切微观粒子都存在波动性，宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以观察。,光具有粒子性，实物粒子具有波动性，这样体现出科学的对称美。,11,试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。,解：估计一个中学生的质量m50kg，百米跑时速度v7m/s，则,由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性。,12,1.电子动能k=100eV；子弹动量p=6.63106kgms-1,求德布罗意波长。,解：因电子动能较小，速度较小，可用非相对论公式求解。,13,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？,X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。,如果你是德布罗意，将如何验证自己的观点？,14,1927年C.J.戴维森与G.P.革末做电子衍射实验，验证电子具有波动性。,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。,3.物质波的验证：,15,实验现象,实验装置,显然将电子看成微粒无法解释,M,电流出现了周期性变化,16,1927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。,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,17,电子衍射实验,18,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,19,电子显微镜,电子显微镜下的灰尘,20,21,1.德布罗意的物质波,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。,2.物质波的实验验证,电子衍射实验1,电子衍射实验2,电子双缝