17.3 粒子的波動(dòng)性（課堂PPT） (2)

1、.1.2光的本性光的本性1672T/年年1690186419051801托馬斯托馬斯楊楊雙縫干涉雙縫干涉實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1814菲涅耳菲涅耳衍射實(shí)驗(yàn)衍射實(shí)驗(yàn)赫茲赫茲電磁波實(shí)驗(yàn)電磁波實(shí)驗(yàn)1888赫茲赫茲發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)牛頓微粒說牛頓微粒說占主導(dǎo)地位占主導(dǎo)地位波動(dòng)說波動(dòng)說漸成真理漸成真理.3hE hP動(dòng)量和能量是描述粒子性的動(dòng)量和能量是描述粒子性的, ,頻率和波長則是用來頻率和波長則是用來描述波動(dòng)性的描述波動(dòng)性的. .h h架起了粒子性和波動(dòng)性之間的橋架起了粒子性和波動(dòng)性之間的橋梁。梁。一一. .光的波粒二象性光的波粒二象性 光既具有波動(dòng)性光既具有波動(dòng)性, ,又具有粒子性又具有粒子性, ,即光具有

2、即光具有波粒二象性波粒二象性. .光子的能量光子的能量光子的動(dòng)量光子的動(dòng)量實(shí)物粒子有無波動(dòng)性呢？實(shí)物粒子有無波動(dòng)性呢？.4 德布羅意原來學(xué)習(xí)歷史，后來改學(xué)理德布羅意原來學(xué)習(xí)歷史，后來改學(xué)理論物理學(xué)。他善于用歷史的觀點(diǎn)，用對論物理學(xué)。他善于用歷史的觀點(diǎn)，用對比的方法分析問題。比的方法分析問題。 他認(rèn)為，他認(rèn)為，“整個(gè)世紀(jì)以來（指整個(gè)世紀(jì)以來（指1919世紀(jì)）世紀(jì)）在光學(xué)上在光學(xué)上, ,與波動(dòng)方面的研究相比，忽視與波動(dòng)方面的研究相比，忽視了粒子方面的研究了粒子方面的研究; ;而在實(shí)物粒子的研究而在實(shí)物粒子的研究上，是否發(fā)生了相反的錯(cuò)誤呢？是不是上，是否發(fā)生了相反的錯(cuò)誤呢？是不是我們把粒子方面的圖象

3、想得太多，而忽我們把粒子方面的圖象想得太多，而忽略了波的現(xiàn)象略了波的現(xiàn)象” 他提出假設(shè)他提出假設(shè): :實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性 德布羅意德布羅意法國物理法國物理學(xué)家，學(xué)家，19291929年諾貝爾年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，波物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人，量動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠基人之一子力學(xué)的奠基人之一。二二. .粒子的波動(dòng)性粒子的波動(dòng)性.5 能量為能量為、動(dòng)量為、動(dòng)量為p p的粒子與頻率為的粒子與頻率為v v、波、波長為長為 的波相聯(lián)系，并遵從以下關(guān)系：的波相聯(lián)系，并遵從以下關(guān)系： 這種和這種和實(shí)物粒子相聯(lián)系實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意的波稱為德布羅意波波( (物質(zhì)

4、波物質(zhì)波或或概率波概率波).).其波長其波長 稱為德布羅意波稱為德布羅意波長。長。V V = =/ h/ h = =h / h / p p.6 宏觀物體的波長比微觀粒子的波長小得多，這在生宏觀物體的波長比微觀粒子的波長小得多，這在生活中很難找到能發(fā)生衍射的障礙物，所以我們并不認(rèn)為活中很難找到能發(fā)生衍射的障礙物，所以我們并不認(rèn)為它有波動(dòng)性作為微觀粒子的它有波動(dòng)性作為微觀粒子的電子電子，其，其德布羅意波波長德布羅意波波長為為1010m數(shù)量級數(shù)量級，找與之相匹配的障礙物也非易事，找與之相匹配的障礙物也非易事三三. .物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的思路：驗(yàn)證的思路：光的干涉和衍射現(xiàn)象是

5、光具有波動(dòng)性的有力證據(jù)。光的干涉和衍射現(xiàn)象是光具有波動(dòng)性的有力證據(jù)。因此，如果電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子也真具有波動(dòng)性，因此，如果電子、質(zhì)子等實(shí)物粒子也真具有波動(dòng)性，那么它們就應(yīng)該像光波那樣也能發(fā)生干涉和衍射。那么它們就應(yīng)該像光波那樣也能發(fā)生干涉和衍射。.7 在倫琴射線的研究中找到突破在倫琴射線的研究中找到突破 ，證實(shí)倫琴射，證實(shí)倫琴射線是電磁波，考慮到電子的德布羅意波長與倫琴線是電磁波，考慮到電子的德布羅意波長與倫琴射線的波長具有相近的數(shù)量級，射線的波長具有相近的數(shù)量級，1927年戴維孫和年戴維孫和湯姆孫分別利用晶體進(jìn)行了電子束衍射實(shí)驗(yàn)，從湯姆孫分別利用晶體進(jìn)行了電子束衍射實(shí)驗(yàn)，從而證實(shí)了電子的波

6、動(dòng)性說明電子具有波粒二象而證實(shí)了電子的波動(dòng)性說明電子具有波粒二象性性他們?yōu)榇怂麄優(yōu)榇双@獲 1937 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。電子束穿過鋁箔后的衍射圖像電子束穿過鋁箔后的衍射圖像 除了電子以除了電子以外，后來還陸續(xù)外，后來還陸續(xù)證實(shí)了質(zhì)子，中證實(shí)了質(zhì)子，中子，以及原子的子，以及原子的波動(dòng)性。波動(dòng)性。.8類似的實(shí)驗(yàn)： 19271927年，年，湯姆遜電子衍射實(shí)驗(yàn)湯姆遜電子衍射實(shí)驗(yàn) 19601960年，年， 電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn) 后來的實(shí)驗(yàn)證明原子、分子、中子等微觀粒子也具后來的實(shí)驗(yàn)證明原子、分子、中子等微觀粒子也具有波動(dòng)性。有波動(dòng)性。 德布羅意公式成為揭示微觀粒子波粒二象性德

7、布羅意公式成為揭示微觀粒子波粒二象性的統(tǒng)一性的基本公式的統(tǒng)一性的基本公式. .9X射線衍射電子衍射19271927年，年，G.P.G.P.湯姆孫令一電子束通過薄鋁箔，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，湯姆孫令一電子束通過薄鋁箔，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同同X X射線一樣，也能得到清晰的電子衍射圖樣。射線一樣，也能得到清晰的電子衍射圖樣。.10NaCl晶體的中子衍射UO2晶體的電子衍射 微觀粒子具有波粒二象性的理論得到了公認(rèn)。電子衍射、中子微觀粒子具有波粒二象性的理論得到了公認(rèn)。電子衍射、中子衍射、原子和分子束在晶體表面散射所產(chǎn)生的衍射實(shí)驗(yàn)都獲得了衍射、原子和分子束在晶體表面散射所產(chǎn)生的衍射實(shí)驗(yàn)都獲得了成功。成功。.11子彈子彈:

8、:質(zhì)量為質(zhì)量為m m=10=10-2-2Kg,Kg,速速度度v v=5.0=5.0 10102 2m/sm/s，對應(yīng)的對應(yīng)的德布羅意波長為：德布羅意波長為：nmmvh25103 . 1 電子電子: :質(zhì)量為質(zhì)量為m m=9.1=9.1 1010-31-31KgKg，速度速度v v=5.0=5.0 10107 7m/s, m/s, 對應(yīng)的對應(yīng)的德布羅意波長為：德布羅意波長為：nmmvh2104 .1 太小測不到！太小測不到！ 宏觀物體波動(dòng)性宏觀物體波動(dòng)性不明顯不明顯X X射線射線波段波段微觀粒子微觀粒子波動(dòng)性波動(dòng)性明顯明顯.12對德布羅意物質(zhì)波的理解對德布羅意物質(zhì)波的理解1任何物體任何物體，小到

9、電子、質(zhì)子，大到行星、太陽，小到電子、質(zhì)子，大到行星、太陽都存在波動(dòng)性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波都存在波動(dòng)性，我們之所以觀察不到宏觀物體的波動(dòng)性，是因?yàn)楹暧^物體對應(yīng)的波長太小的緣故動(dòng)性，是因?yàn)楹暧^物體對應(yīng)的波長太小的緣故2德布羅意波是一種概率波，粒子在空間各處出德布羅意波是一種概率波，粒子在空間各處出現(xiàn)的概率受波動(dòng)規(guī)律支配，不要以宏觀觀點(diǎn)中的波現(xiàn)的概率受波動(dòng)規(guī)律支配，不要以宏觀觀點(diǎn)中的波來理解德布羅意波來理解德布羅意波3德布羅意假說是光子的波粒二象性的一種推廣，德布羅意假說是光子的波粒二象性的一種推廣，使之包括了所有的物質(zhì)粒子，即光子與實(shí)物粒子都使之包括了所有的物質(zhì)粒子，即光子與實(shí)物粒子

10、都具有粒子性，又都具有波動(dòng)性，與具有粒子性，又都具有波動(dòng)性，與光子光子對應(yīng)的波是對應(yīng)的波是電磁波電磁波，與，與實(shí)物粒子實(shí)物粒子對應(yīng)的波是對應(yīng)的波是物質(zhì)波物質(zhì)波.131、光學(xué)顯微鏡的原理、光學(xué)顯微鏡的原理 使用無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的顯微鏡主要由物使用無限遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)的顯微鏡主要由物鏡、管鏡和目鏡組成。標(biāo)本經(jīng)物鏡和管鏡放鏡、管鏡和目鏡組成。標(biāo)本經(jīng)物鏡和管鏡放大后，形成放大倒立的實(shí)象；實(shí)象經(jīng)目鏡再大后，形成放大倒立的實(shí)象；實(shí)象經(jīng)目鏡再次放大后，形成放大的虛象。次放大后，形成放大的虛象。2、電子顯微鏡的原理、電子顯微鏡的原理 電子顯微鏡是根據(jù)電子光學(xué)原理，用電子電子顯微鏡是根據(jù)電子光學(xué)原理，用電子束和電子透鏡

11、代替光束和光學(xué)透鏡，使物質(zhì)束和電子透鏡代替光束和光學(xué)透鏡，使物質(zhì)的細(xì)微結(jié)構(gòu)在非常高的放大倍數(shù)下成像的儀的細(xì)微結(jié)構(gòu)在非常高的放大倍數(shù)下成像的儀器。器。 .14光學(xué)顯微鏡光學(xué)顯微鏡.15掃描式電子顯微鏡掃描式電子顯微鏡.16電子顯微鏡電子顯微鏡.17課堂小結(jié)課堂小結(jié) 光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光是一種波，同時(shí)也是一種粒子，光具有光具有波粒二象性波粒二象性。光子的能量與動(dòng)量之間的關(guān)系：光子的能量與動(dòng)量之間的關(guān)系：=h=hP=h/ P=h/ 兩式的物理量兩式的物理量和和p p描述光的粒子性，描述光的粒子性，和和描述光的波動(dòng)性。描述光的波動(dòng)性。.18 實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性一個(gè)能量

12、為一個(gè)能量為E E、動(dòng)量為、動(dòng)量為 p p 的實(shí)物粒子的實(shí)物粒子同時(shí)具有波動(dòng)性，同時(shí)具有波動(dòng)性，動(dòng)量為動(dòng)量為 P 的粒子的粒子波長：波長：Ph頻率頻率: :h 這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波后來稱這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波后來稱為為德布羅意波德布羅意波，也叫，也叫物質(zhì)波。物質(zhì)波。.19mvhph物質(zhì)波波長：物質(zhì)波波長： 為德布羅意波長，為德布羅意波長，h h為普朗克常量，為普朗克常量，p p為粒子動(dòng)量。為粒子動(dòng)量。 .20.下列說法正確的是下列說法正確的是()A有的光是波，有的光是粒子有的光是波，有的光是粒子B光子與電子是同樣的一種粒子光子與電子是同樣的一種粒子C光的波長越長，其波動(dòng)性越顯著；波長越光

13、的波長越長，其波動(dòng)性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著短，其粒子性越顯著D射線具有顯著的粒子性，不具有波動(dòng)性射線具有顯著的粒子性，不具有波動(dòng)性.21解析：解析：選選C.光同時(shí)具有波動(dòng)性和粒子性，只是光同時(shí)具有波動(dòng)性和粒子性，只是在有的情況下波動(dòng)性更顯著，有的情況下粒子在有的情況下波動(dòng)性更顯著，有的情況下粒子性更顯著波長越長，波動(dòng)性就更顯著，粒子性更顯著波長越長，波動(dòng)性就更顯著，粒子性就越不明顯，波長越短，粒子性就更顯著，性就越不明顯，波長越短，粒子性就更顯著，波動(dòng)性就越不明顯，只有波動(dòng)性就越不明顯，只有C選項(xiàng)正確選項(xiàng)正確.22變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練2根據(jù)物質(zhì)波理論，以下說法中正根據(jù)物質(zhì)波理論，以下說法

14、中正確的是確的是()A微觀粒子有波動(dòng)性，宏觀物體沒有波動(dòng)性微觀粒子有波動(dòng)性，宏觀物體沒有波動(dòng)性B宏觀物體和微觀粒子都具有波動(dòng)性宏觀物體和微觀粒子都具有波動(dòng)性C宏觀物體的波動(dòng)性不易被人觀察到是因?yàn)楹暧^物體的波動(dòng)性不易被人觀察到是因?yàn)樗牟ㄩL太長它的波長太長D速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動(dòng)速度相同的質(zhì)子和電子相比，電子的波動(dòng)性更為明顯性更為明顯.23解析：解析：選選BD.一切運(yùn)動(dòng)的物體都有一種物質(zhì)波一切運(yùn)動(dòng)的物體都有一種物質(zhì)波與它對應(yīng)，所以宏觀物體和微觀粒子都具有波與它對應(yīng)，所以宏觀物體和微觀粒子都具有波動(dòng)性，動(dòng)性，A選項(xiàng)錯(cuò)誤，選項(xiàng)錯(cuò)誤，B選項(xiàng)正確宏觀物體的選項(xiàng)正確宏觀物體的物質(zhì)波波長很短，

15、不易觀察到它的波動(dòng)性，所物質(zhì)波波長很短，不易觀察到它的波動(dòng)性，所以以C選項(xiàng)錯(cuò)誤速度相同的質(zhì)子與電子相比，選項(xiàng)錯(cuò)誤速度相同的質(zhì)子與電子相比，電子質(zhì)量小，物質(zhì)波波長更長，所以電子波動(dòng)電子質(zhì)量小，物質(zhì)波波長更長，所以電子波動(dòng)性更明顯，所以性更明顯，所以D選項(xiàng)正確選項(xiàng)正確.24一質(zhì)量為一質(zhì)量為450 g的足球以的足球以10 m/s的速度在空的速度在空中飛行；一個(gè)初速度為零的電子，通過電壓為中飛行；一個(gè)初速度為零的電子，通過電壓為100 V的電場加速試分別計(jì)算它們的德布羅意的電場加速試分別計(jì)算它們的德布羅意波長其中，電子質(zhì)量為波長其中，電子質(zhì)量為9.11031 kg，普朗，普朗克常量克常量h6.631034 Js.物質(zhì)波的理解與計(jì)算物質(zhì)波的理解與計(jì)算.25物體的動(dòng)量物體的動(dòng)量 pmv， 其德布羅意波長其德布羅意波長hphmv.足球的德布羅意波長足球的德布羅意