物理粒子的波动性幻灯片.ppt

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1、物理粒子的波动性第1页，共23页，编辑于2022年，星期日一、光的波粒二象性一、光的波粒二象性问：问：光的光的本质本质是什么？是什么？答：答：光既具有光既具有波动性波动性，又具有，又具有粒子性粒子性，即，即光具有光具有波粒二象性波粒二象性。h架起了架起了粒子性粒子性与与波动性波动性之间的桥梁。之间的桥梁。第2页，共23页，编辑于2022年，星期日A AB BS S 1 1、孔较大时孔较大时屏上屏上出现清晰的光斑出现清晰的光斑 2 2、孔较小时孔较小时屏上出现屏上出现衍射花样衍射花样圆孔衍射圆孔衍射第3页，共23页，编辑于2022年，星期日A AB BS S 1 1、孔较大时孔较大时屏上屏上出现

2、清晰的光斑出现清晰的光斑 2 2、孔较小时孔较小时屏上出现屏上出现衍射花样衍射花样圆孔衍射圆孔衍射第4页，共23页，编辑于2022年，星期日激激光光束束调节狭调节狭缝宽窄缝宽窄狭缝狭缝像像屏屏 取一个不透光的屏，取一个不透光的屏，在它的中间装上一个宽在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，在度可以调节的狭缝，在缝后适当距离处放一个缝后适当距离处放一个像屏，用平行的单色光像屏，用平行的单色光照射。照射。调节的狭缝的宽窄，如果能在光屏上调节的狭缝的宽窄，如果能在光屏上观察到比狭缝的宽度观察到比狭缝的宽度宽得多的亮区宽得多的亮区，就证明了光的衍射现象存在。，就证明了光的衍射现象存在。第5页，共23页，

3、编辑于2022年，星期日第6页，共23页，编辑于2022年，星期日第7页，共23页，编辑于2022年，星期日不同单色光的双缝图样干涉比较不同单色光的双缝图样干涉比较红光红光蓝光蓝光第8页，共23页，编辑于2022年，星期日德布罗意德布罗意(due de Broglie,1892-1960)法国物理学家，法国物理学家，1929年年诺贝尔物理学奖获得者，诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。子力学的奠基人之一。他认为，他认为，“整个世纪以来（指整个世纪以来（指19世纪）在光学中比起波动的研究世纪）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方法来

4、，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？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，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而过分忽略了波的图象呢”第9页，共23页，编辑于2022年，星期日二、粒子的波动性二、粒子的波动性德布罗意德布罗意提出提出：实物粒子也具有波动性。实物粒子也具有波动性。每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系，和光子一样，遵从如下关系：和光子一样，遵从如下关系：这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波这种和实物粒子相联系的波称为德布

5、罗意波(物质波或概物质波或概率波率波),其波长其波长 称为德布罗意波长。称为德布罗意波长。第10页，共23页，编辑于2022年，星期日三、物质波的实验验证三、物质波的实验验证 1927年，年，Davisson和和Thomson 进行了电子衍射实验。进行了电子衍射实验。（该（该实验荣获实验荣获19371937年年Nobel Nobel 物理学奖）物理学奖）X射线经晶体的衍射图射线经晶体的衍射图电子射线经晶体的衍射图电子射线经晶体的衍射图后来的实验证明后来的实验证明原子原子、分子分子、中子中子等微观粒子也具有波动性。等微观粒子也具有波动性。第11页，共23页，编辑于2022年，星期日一切实物粒子都

6、有波动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，并都满足德布洛意关系。一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？质量 m=0.01kg，速度 v=300 m/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。第12页，共23页，编辑于2022年，星期日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=。【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

7、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。第13页，共23页，编辑于2022年，星期日 例题例题2(1)电子动能电子动能Ek=100eV；(2)子弹动量子弹动量p=6.63106kg.m.s-1,求德布罗意波长。求德布罗意波长。解解 (1)因电子动能较小，速度较小，可用非相对因电子动能较小，速度较小，可用非相对论公式求解。论公式求解。=1.23(2)子弹子弹:h=6.6310-34=1.010-40m 可见，只有微观粒子的波动性较显著；而宏观粒可见，只有微观粒子的波动性较显著；而宏观粒子子(如子弹如子弹)的波动性根本测不出来。的波动性根本测不出来。

8、第14页，共23页，编辑于2022年，星期日 一个质量为一个质量为m的实物粒子以速率的实物粒子以速率v 运动时，即具有以能量运动时，即具有以能量E和动和动量量P所描述的粒子性，同时也具有以频率所描述的粒子性，同时也具有以频率n n和波长和波长l l所描述的波动性所描述的波动性。德布罗意德布罗意关系关系如速度如速度v=5.0 102m/s飞行的子飞行的子弹，质量为弹，质量为m=10-2Kg，对应的对应的德布罗意波长为：德布罗意波长为：如电子如电子m=9.1 10-31Kg，速，速度度v=5.0 107m/s,对应的德对应的德布罗意波长为：布罗意波长为：太小测不到！太小测不到！X射线波段射线波段第

9、15页，共23页，编辑于2022年，星期日第16页，共23页，编辑于2022年，星期日L.V.L.V.德布罗意德布罗意 电子波动性的理论电子波动性的理论研究研究1929诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖第17页，共23页，编辑于2022年，星期日C.J.戴维孙戴维孙 通过实验发现晶体对通过实验发现晶体对电子的衍射作用电子的衍射作用1937诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖第18页，共23页，编辑于2022年，星期日第19页，共23页，编辑于2022年，星期日第20页，共23页，编辑于2022年，星期日1927 1927 年汤姆逊（年汤姆逊（G GP PThomsonThomson）以）以600600伏慢电

10、子伏慢电子（=0.5=0.5）射向铝箔，也得到了像）射向铝箔，也得到了像X X射线衍射一射线衍射一样的衍射，再次发现了电子的波动性。样的衍射，再次发现了电子的波动性。19371937年戴维逊与年戴维逊与GPGP汤姆逊共获当年诺贝尔奖汤姆逊共获当年诺贝尔奖（G GP PThomsonThomson为电子发现人为电子发现人J JJ JThmsonThmson的儿子）的儿子）尔后又发现了质子、中子的衍射尔后又发现了质子、中子的衍射2）汤姆逊实验）汤姆逊实验第21页，共23页，编辑于2022年，星期日汤姆逊电子衍射实验汤姆逊电子衍射实验电子束电子束铝箔铝箔屏屏电子枪电子枪600eV的电子束穿过铝箔形成

11、的的电子束穿过铝箔形成的电子衍射花样。电子衍射花样。第22页，共23页，编辑于2022年，星期日3 3）电子双缝实验）电子双缝实验19611961年琼森（年琼森（Claus JClaus Jnssonnsson）将一束电子加速）将一束电子加速到到50Kev50Kev，让其通过一缝宽为，让其通过一缝宽为a=0.5a=0.5 1010-6-6m m，间，间隔为隔为d=2.0d=2.0 1010-6-6m m的双缝的双缝,当电子撞击荧光屏时当电子撞击荧光屏时,发现了类似于双缝衍射的实验结果发现了类似于双缝衍射的实验结果.大量电子一次性的行为大量电子一次性的行为第23页，共23页，编辑于2022年，星期日