1、物理学——理性的追求.ppt

1、17.3 粒子的波动性,一、复习,1.哪些现象说明了光具有波动性？,什么是光的衍射和干涉？,光的衍射是指光绕过障碍物偏离直线传播路径而进入阴影区里的现象。 光的干涉是指两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。,光的干涉和衍射,2.哪些现象说明了光具有粒子性？,光电效应和康普顿效应,什么是光电效应和康普顿效应？,光电效应是指光照射到金属上，使金属中的电子从表面逸出的现象。 康普顿效应是指在研究石墨对X射线的散射时，在散射的X射线中出现了除与入射波长相同的成分外，还有波长大于入射波长的成分的现象。,光本身就是由一个一个不可分割的能量

2、子组成的，每一个光的能量子被称为一个光子，这就是爱因斯坦的光子说。,请解释爱因斯坦的光子说，并说出光子的能量和动量的表达式。,如果你是一个物理学家，有人问你光是波还是粒子？你会怎么回答呢？,【课标呈现】 1.了解光的波粒二象性的内容 2.知道实物粒子和光子一样具有波粒二象性 3.知道德布罗意波的波长和粒子动量的关系 4.了解德布罗意波的验证过程,二、光的波粒二象性,【自学提纲】阅读教材P37“光的波粒二象性”完成下列相应内容。,1.光具有能量和动量，表明光具有 。光又具有波长和频率，表明光具有 。光子说中=h ，是表示波的物理量，可见光子说不否定波动说。 2.光子的动量和光子能量的比较： p、

3、描述的是 ，、描述的是 ， 联系粒子性和波动性的物理量是 。,1.光具有能量和动量，表明光具有 。光又具有波长和频率，表明光具有 。光子说中=h ，是表示波的物理量，可见光子说不否定波动说。 2.光子的动量和光子能量的比较： p、描述的是 ，、描述的是 ， 联系粒子性和波动性的物理量是 。,1.光具有能量和动量，表明光具有 。光又具有波长和频率，表明光具有 。光子说中=h ，是表示波的物理量，可见光子说不否定波动说。 2.光子的动量和光子能量的比较： p、描述的是 ，、描述的是 ， 联系粒子性和波动性的物理量是 。,粒子性,波动性,（具有能量）,（具有频率）,（具有动量）,h架起了粒子性与波动

4、性之间的桥梁。,（具有波长）,光既具有粒子性，又具有波动性。,1.大量光子的行为表现出波动性，个别光子的行为表现出粒子性。 2.对于不同频率的光，光的波长越长、频率越低，波动性越明显；光的波长越短，频率越高，粒子性越明显。 3.光在传播过程中，波动性起主导作用（如干涉、衍射）；光与其它物质相互作用时，粒子性起主导作用（如光电效应）。,对波粒二象性的理解,【例1】下列有关光的波粒二象性的说法正确的是（ ） A.大量光子的行为往往显示出粒子性 B.光的波长越长，其波动性越显著，波长越短，其粒子性越显著 C.有的光是波，有的光是粒子 D.波粒二象性是光的根本属性，有时它的粒子性显著，有时它的波动性显

5、著,BD,【拓展练习1】下列说法中正确的 是（ ） A.光的干涉和衍射现象说明光具有波动性 B.光的频率越大，波长越长 C.光的波长越长，光子的能量越大 D.光在真空中的传播速度为3108m/s,AD,三、粒子的波动性,【自学提纲】是谁大胆的将光的波粒二象性推广到实物粒子，带着这一问题阅读教材P3738“粒子的波动性”，并完成以下相应内容。,德布罗意波（物质波）,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。,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

6、？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，用类比方法分析问题。 1924年，他考虑到普朗克量子爱因斯坦光子理论的成功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。 爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义，誉之为“揭开一幅大幕的一角”。,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。,与粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波。,一个能量为 、动量为 p 的实物粒子同时

7、具有波动性，它的波长、频率 和 、p的 关系与光子一样：,他在论文中指出：,德布罗意关系式,一个能量为 、动量为 p 的实物粒子同时 具有波动性，它的波长、频率 和 、p的 关系与光子一样：,【思考与讨论】为什么宏观物体观察不到波动性？试通过以下计算说明。,已知：(1)电子动能Ek=125eV，其中e=1.6 10-19C，me=9.0 10-31kg；(2)子弹动量 p=6.63kg.m.s-1, h=6.6310-34Js。求德布罗意波长。,解：(1)因电子动能较小，速度较小，可用非相对论公式求解。,(2)子弹:,由计算可知：子弹的波长小到实验难以测量的程度，宏观物体的物质波波长非常小，很

8、难表现出波动性，所以宏观物体只表现出粒子性，而微观粒子的波动性较显著。,【思考与讨论】为什么宏观物体观察不到波动性？,【拓展练习2】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,【自学提纲】德布罗意的假设是如何被验证的？请阅读教材P38“物质波的实验验证”，并完成以下相应内容。,四、物质波的实验验证,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,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

9、了原子、分子、中子等都具有波动性。,电子衍射图样,【思考与讨论】请阅读教材P39“科学漫步”，试回答以下问题。,1.从减轻衍射影响这方面提高显微镜的分别本领有哪两个途径？ 2.电子显微镜采用了哪个途径？ 3.如果显微镜用质子流而不是电子流工作，它们加速后的速度相同，哪种显微镜的分辨本领有可能更高？,【例2】高速加速后的电子的德布罗意波的波长可以小到10-12m的数量级。用它观察尺度在10-10m数量级的微小物体时，其衍射就可以忽略不计即，从而大大提高了显微镜的分辨能力。一台电子显微镜用来加速电子的电压高达U=106V，求用它加速后的电子束的德布罗意波长。（电子的质量m=0.9110-30kg）,【拓展练习3】光具有波粒二象性，光子能量E=h，其中频率表征波的特性。在爱因斯坦提出光子假说后，法国物理学家德布罗意提出了光子动量p=h/。若某激光以P=60W的功率发射波长为=6.6310-7m的光，试根据上述理论计算： 1.该管在1min内发射多少光子？ 2.若光束全部被某黑体表面吸收，那么该黑体表面所受到光束对它的作用力为多大？,1.21022个,210-7N,【自我测评】 完成自主训练与测评P24的随