4.实物粒子的波粒二象性.pptx

4.4实物粒子的波粒二象性,高中物理选修3-5教科版,德布罗意波波粒二象性,德布罗意：法国著名理论物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，物质波理论的创立者，量子力学的奠基人之一。,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，那么在实物的理论中，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”,De.Broglie：1923年发表了题为“波和粒子”的论文，提出了物质波的概念。,光(波)具有粒子性,一、德布罗意物质波假设,那么实物粒子也应具有波动性。,实物粒子具有波动性吗?,L.V.deBroglie从自然界的对称性出发，认为：,既然光(波)具有粒子性,1924.11.29德布洛意把题为“量子理论的研究”,的博士论文提交巴黎大学。,实物粒子的波动性,与粒子相联系的波称为物质波,或德布罗意波，,他在论文中指出：一个能量为E、动量为p的实物粒子同时具有波动性，它的波长、频率和E、p的关系与光子一样：,德布罗意关系式,二、德布罗意波的波长,朗之万把德布洛意的文章寄给爱因斯坦，,爱因斯坦称赞说：“揭开了自然界巨大帷幕的一角”“瞧瞧吧，看来疯狂，可真是站得住脚呢”,论文获得了评委会的高度评价。,教材例题,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。,1.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。,此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。,三、电子波动性的实验证实,2.一个一个电子依次入射双缝的衍射实验：,7个电子,100个电子,3000,20000,70000,光的波粒二象性,光子的能量,E=mc2=hv,光子的动量,一：光波具有粒子性,思考：能量E、动量p都是粒子的特征，实物粒子是否具有波的特征呢？,二：粒子的波动性,德布罗意的假设：实物粒子也具有波动性,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。,能量为E、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：,1.一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，并都满足德布洛意关系。一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？分析：质量m=0.01kg，速度v=300m/s的子弹的德布洛意波长为计算结果表明，子弹的波长小到实验难以测量的程度。所以，宏观物体只表现出粒子性。,由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去，得出物质波（德布罗意波）的概念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长=h/p.,【例1】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。,一个质量为m的实物粒子以速率V运动时，即具有以能量E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。,德布罗意关系,德布罗意的假设符合实际吗？,2、戴维逊革末实验,1927年，Davisson和Germer进行了电子衍射实验。（该实验荣获1937年Nobel物理学奖）,电子束垂直入射到镍单晶的水平面上，在=50散射方向上探测到一个强度极大。（可用晶体对X射线的衍射方法来分析）,L.V.德布罗意电子波动性的理论研究,1929诺贝尔物理学奖,1937诺贝尔物理学奖,C.J.戴维孙通过实验发现晶体对电子的衍射作用,电子衍射,X光衍射,电子衍射与X光衍射图样比较,电子显微镜,3.德布罗意波的统计解释,究竟怎样理解波和它所描写的粒子之间的关系?对这个问题曾经有过各种不同的看法。例如，有人认为波是由它所描写的粒子组成的。这种看法与实验不符。我们知道，衍射现象是由波的干涉而产生的，如果波真是由它所描写的粒子所组成，则粒子流的衍射现象应当是由于组成波的这些粒子相互作用而形成的。但事实证明，在粒子流衍射实验中，照象片上所显示出来的衍射图样和入射粒子流强度无关，也就是说和单位体积中粒子的数目无关。如果减小入射粒子流强度，同时延长实验的时间，使投射到照象片上粒子的总数保持不变，则得到的衍射图样将完全相同。即使把粒子流强度减小到使得粒子一个一个地被衍射，照片上一次出现一个孤立的点，体现了电子的粒子性。只要经过足够长的时间，所得到的衍射图样也还是一样。这说明每一个粒子被衍射的现象和其他粒子无关，衍射图样不是由粒于之间的相互作用而产生的。,物质波振幅的平方与粒子在该处邻近出现的概率成正比。,粒子观点,电子密处，概率大。,电子疏处，概率小。,波动观点,电子密处，波强大。,电子疏处，波强小。,电子出现的概率反映该处的波强。,波强,振幅A2,粒子密度,概率,机械波是机械振动在空间传播，德布罗意波是对微观粒子运动的统计。,氢原子电子云,给氢原子拍摄一张照片,四、氢原子中的电子云,氢原子电子云,再给氢原子拍摄一张照片,氢原子电子云,再给氢原子拍摄一张照片,氢原子电子云,给氢原子拍