3　粒子的波动性 (2).pptx

第3节：粒子的波动性,第十七章波粒二象性,发展历程,光的波粒二象性,光的波动性笛卡儿提出的两点假说格里马第发现了光的衍射现象胡克提出了“光是以太的一种纵向波”牛顿用微粒说阐述了光的颜色理论惠更斯提出了波动学说比较完整的理论新的波动学说牢固的建立起来,光的粒子性光的偏振现象和偏振定律的发现菲涅耳与阿拉戈建立了光波的横向传播理论,PK,发展历程,光的波粒二象性,争论结束在新的事实与理论面前，光的波动说与微粒说之争以“光具有波粒二象性”而落下了帷幕。即：光粒子的运动轨迹是呈周期性的波。光的波动说与微粒说之争从十七世纪初笛卡儿提出的两点假说开始，至二十世纪初以光的波粒二象性告终，前后共经历了三百多年的时间。牛顿、惠更斯、托马斯杨、菲涅耳等多位著名的科学家成为这一论战双方的主辩手。正是他们的努力揭开了遮盖在“光的本质”外面那层扑朔迷离的面纱。,h架起了粒子性与波动性之间的桥梁,光的波粒二象性,粒子性,波动性,波长越大，动量P越小波动性强，粒子性弱波长越小，动量P越大波动性弱，粒子性强,光的波粒二象性：光既具有波动性又具有粒子性。,比较X射线光子和电子的动量大小?从中我们能否用类比思想对电子的属性进行大胆的猜想？,1.一束波长0.3nm的电磁波在真空中传播.（光在真空中传播速度c=3.0108m/s，普朗克常量h=6.62610-34J.S)（1）该电磁波的光子具有多少能量？（2）计算该光子的动量。（3）为什么该电磁波光子呈现极小的粒子性？,例题,光子,微观粒子,2.一个电子被100V的电压加速后,（电子质量m=9.1110-31kg，e=1.610-19C）（1）该电子具有多少能量？具有多大的速度？（2）它的动量多大？,德布罗意假说,德布罗意假说作为量子力学的前奏，路易斯德布罗意的物质波理论有着特殊的重要性。说明了波长和动量成反比；频率和总能成正比之关系，是路易德布罗意于1923年在他的博士论文提出的。,物理学中，物质波（即德布罗意波）系指所有物质的波（见波粒二象性）。德布罗意说明了波长和动量成反比；频率和总能成正比之关系，是路易德布罗意于1923年在他的博士论文提出的。第一德布罗意方程指出，粒子波长（亦称“德布罗意波长”）和动量p的关系：（下式中普朗克常数h、粒子静质量m、粒子速度v、洛伦兹因子和真空光速c）,计算：速度v=300m/s飞行的子弹，质量为m=0.01kg，对应的德布罗意波长为多少？,波长实在太小！波动性不明显！,计算：速度v=10m/s跑步的人，质量为m=60kg，对应的德布罗意波长为多少？,结论：宏观物体的质量一般较大，动量较大，对应波长较小，波动性不明显。,为何看不见，也察觉不到宏观物体的波动性？,1927年C.J.戴维森和G.P.汤姆孙（J.J.汤姆孙之子）利用电子束穿过晶体做了电子束的衍射实验。因此，共同获1937年诺贝尔物理学奖。此后，人们相继证实了质子、中子以及原子、分子等都具有波动性。,电子衍射实验,电子衍射图样,物质波的实验验证,发展历程,德布罗意曾设想，晶体对电子束的衍射实验，有可能观察到电子束的波动性。人们希望能够实现这一预见。耐人寻味的是，正在这个时候，有两个令人迷惑不解的实验结果也在等待理论上作出正确的解释。这两个实验就是冉绍尔(C.W.Ramsauer)的电子-原子碰撞实验和戴维森(C.J.Davisson)的电子散射实验。,1913年，德国物理学家冉绍尔发展了一种研究电子运动的实验方法，人称冉绍尔圆环法,用这种方法可以高度精确地确定慢电子的速度和能量,粒子间相互碰撞的有效截面概念就是冉绍尔首先提出来的。第一次世界大战后，冉绍尔继续用他的圆环法进行慢速电子与各种气体原子弹性碰撞的实验研究。1920年，他在题为：气体分子对慢电子的截面一文中报道了他发现氩气有特殊行为。,戴维森和革末得出结论。既然小的晶面排列很乱，无法进行系统的研究，他们就作了一块大的单晶镍，并切取一特定方向来做实验。他们事前并不熟悉这方面的工作，所以前后花了近一年的时间，才准备好新的镍靶和管子。有趣的是，他们为熟悉晶体结构做了很多X射线衍射实验，拍摄了很多X射线衍射照片，可就是没有将X射线衍射和他们正从事的电子衍射联系起来。他们设计了很精巧的实验装置，镍靶可沿入射束的轴线转360，电子散射后的收集器也可以取不同角度，显然他们的目标已从探索原子结构，转向探索晶体结构。1926年继续做电子散射实验，然而结果并不理想，总得不到偶然事件之后的那种曲线。,40年代以后，各种反应堆发展起来了，有可能获得较强的中子束。这时中子衍射不但又一次提供了物质波的实验证据，而且被利用于探测物质结构，成了材料科学中的一门重要实验技术。,五.粒子的波粒二象性的应用,电子显微镜,电子显微镜下的灰尘,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,一、光本质的探索二、光的波粒二象性三、物质波的提出四、物质波的实验验证：电子衍射实验五、粒子的波粒二象性六、粒子的波粒二象性的应用,小结,1下列现象说明光具有波粒二象性的是（）A光的偏振和干涉B光的衍射和干涉C光的干涉和光电效应D光的衍射和康普顿效应,课堂训练,2、已知能使某金属产生光电效应的极限频率为v0（）A.当用频率为2v0的单色光照射该金属时，一定能产生光电子B.当用频率为2v0的单色光照射该金属时，所产生的光电子的最大初动能为hvC.当照射光的频率v大于v0时，若v增大，则逸出功增大D.当照射光的频率v大于v0时，若增大一倍，则光电子的最大初动能也增大一倍,3、下列说法正确的是（）A