光的波粒二象性物質波

光的波粒二象性物質波第1頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日有記者曾問英國物理學家、諾貝爾獲獎者布拉格教授：光是波還是粒子？布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一個波，星期二、四、六它是一個粒子，星期天物理學家休息。”如果你是布拉格教授，將如何機智地回答？那么光的本性到底是什么？光的本性第2頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日光學發(fā)展史1672牛頓微粒說T/年惠更斯波動說1690麥克斯韋電磁說18641905愛因斯坦光子說光的性質實驗事實描述的物理量波動性粒子性波動性粒子性光的干涉光的衍射光電效應康普頓效應ν、λ第3頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日密立根光電效應實驗光學發(fā)展史1672牛頓微粒說T/年惠更斯波動說1690麥克斯韋電磁說18641905愛因斯坦光子說波動性粒子性1801托馬斯·楊雙縫干涉實驗1814菲涅耳衍射實驗赫茲電磁波實驗1888赫茲發(fā)現(xiàn)光電效應19161922康普頓效應牛頓微粒說占主導地位波動說漸成真理第4頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日1672牛頓微粒說T/年惠更斯波動說1690麥克斯韋電磁說18641905愛因斯坦光子說波動性粒子性1909愛因斯坦光的波粒二象性光既具有粒子性，又具有波動性。光學發(fā)展史第5頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日粒子性波動性（具有能量）（具有頻率）（具有動量）hh架起了粒子性與波動性之間的橋梁一.光的波粒二象性（具有波長）第6頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日1672牛頓微粒說T/年惠更斯波動說1690麥克斯韋電磁說18641905愛因斯坦光子說波動性粒子性1909愛因斯坦光的波粒二象性光既具有粒子性，又具有波動性。1924德布羅意粒子的波粒二象性實物粒子既具有粒子性，也具有波動性。二.粒子的波粒二象性第7頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日

德布羅意原來學習歷史，后來改學理論物理學。他善于用歷史的觀點，用類比方法分析問題。

1924年，他考慮到普朗克量子愛因斯坦光子理論的成功在博士論文《關于量子理論的研究》中大膽地把光的波粒二象性推廣實物粒子，如電子，質子等。于是他提出實物粒子也具有波動性。這種與實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波.

愛因斯坦覺察到德布羅意物質波思想的重大意義，譽之為“揭開一幅大幕的一角”。法國物理學家，1929年諾貝爾物理學獎獲得者，波動力學的創(chuàng)始人，量子力學的奠基人之一。二.粒子的波粒二象性第8頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日

一個質量為m的實物粒子以速率v運動時，即具有以能量ε和動量p所描述的粒子性，同時也具有以頻率ν和波長λ所描述的波動性。h粒子性波動性二者通過h來聯(lián)系二.粒子的波粒二象性德布羅意波（物質波）的波長第9頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日在時電子的德布羅意波長

注意：對實物粒子，v是指粒子的速度（群速）故不存在v=的關系。加速電勢差為

U，則二.粒子的波粒二象性第10頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日可獲得電子在不同電壓下的波長的單位為eV與x射線的波長相當

二.粒子的波粒二象性第11頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日

由于德布羅意博士論文獨創(chuàng)性，得到了答辯委員會的高度評價，但是人們總覺得他的想法過于玄妙，無法接受。于是，有人質問：有什么可以驗證這一新的觀念？如果你是德布羅意，將如何驗證自己的觀點？三.物質波的實驗驗證0.1nm第12頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日

X射線照在晶體上可以產生衍射，電子打在晶體上也能觀察電子衍射。

1927年C.J.戴維森與G.P.革末作電子衍射實驗，驗證電子具有波動性。1.電子衍射實驗1

戴維遜和革末的實驗是用電子束垂直投射到鎳單晶，電子束被散射。其強度分布可用德布羅意關系和衍射理論給以解釋，從而驗證了物質波的存在。探測器電子束電子槍鎳單晶三.物質波的實驗驗證第13頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日Ia=0.215nmd=0.0908nm電流出現(xiàn)了周期性變化Ni單晶da實驗結果：三.物質波的實驗驗證第14頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日實驗解釋：將電子看成波，其波長為德布羅意波長：既然是波，電流出現(xiàn)最大值時正好滿足布喇格公式：即：實驗裝置：GNi單晶電流計UBK發(fā)射電子陰級加速電極顯然將電子看成微粒無法解釋。實驗表明電流最大值正好滿足M三.物質波的實驗驗證第15頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日1927年G.P.湯姆遜（J.J.湯姆遜之子）也獨立完成了電子衍射實驗。與C.J.戴維森共獲1937年諾貝爾物理學獎。屏P多晶薄膜高壓柵極陰極1.電子衍射實驗2電子束在穿過細晶體粉末或薄金屬片后，也象X射線一樣產生衍射現(xiàn)象。此后，人們相繼證實了原子、分子、中子等都具有波動性。電子衍射圖樣三.物質波的實驗驗證第16頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日三.物質波的實驗驗證第17頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日三.物質波的實驗驗證第18頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日2.電子雙縫實驗1961年瓊森（ClausJ?nsson）將一束電子加速到50Kev，讓其通過一縫寬為a=0.510-6m，間隔為d=2.010-6m的雙縫,當電子撞擊熒光屏時,發(fā)現(xiàn)了類似于雙縫衍射實驗結果.大量電子一次性的行為三.物質波的實驗驗證第19頁，共22頁，2023年，2月20日，星期日電子顯微鏡第20