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1、第十七章 波粒二象性 第3節(jié) 粒子的波動性,有記者曾問英國物理學(xué)家、諾貝爾獲獎?wù)卟祭窠淌冢汗馐遣ㄟ€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(xué)家休息?！? 如果你是布拉格教授，將如何機(jī)智地回答？ 那么光的本性到底是什么？,一、光的本性,,,T/年,波動性,粒子性,光的干涉,光的衍射,光電效應(yīng),康普頓效應(yīng),、,光學(xué)發(fā)展史,密立根 光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),,,T/年,波動性,粒子性,,1801,托馬斯楊 雙縫干涉 實(shí)驗(yàn),,1814,菲涅耳 衍射實(shí)驗(yàn),赫茲 電磁波實(shí)驗(yàn),赫茲 發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng),康普頓效應(yīng),牛頓微粒說占主導(dǎo)地位,,,波動說 漸成真理,,,T

2、/年,波動性,粒子性,,光既具有粒子性，又具有波動性。,粒子性,波動性,（具有能量）,（具有頻率）,（具有動量）,h架起了粒子性與波動性之間的橋梁,（具有波長）,二、光的波粒二象性,,,T/年,波動性,粒子性,,光既具有粒子性，又具有波動性。,實(shí)物粒子既具有粒子性，也具有波動性。,三、粒子的波粒二象性,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(guān)于量子理論的研究中大膽地把光的波粒二象性推廣實(shí)物粒子，如電子，質(zhì)子等。于是他提出實(shí)物粒子也具有波動性。這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波.

3、 愛因斯坦覺察到德布羅意物質(zhì)波思想的重大意義，譽(yù)之為“揭開一幅大幕的一角”。,法國物理學(xué)家，1929年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者，波動力學(xué)的創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠基人之一。,一個質(zhì)量為m的實(shí)物粒子以速率v 運(yùn)動時，即具有以能量和動量p所描述的粒子性，同時也具有以頻率和波長所描述的波動性。,粒子性,波動性,二者通過h來聯(lián)系,德布羅意波（物質(zhì)波）的波長,在 時,電子的德布羅意波長,注意：對實(shí)物粒子，v是指粒子的速度（群速）故不存在v=的關(guān)系。,加速電勢差為 U，則,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(dāng),由于德布羅意博士論文獨(dú)創(chuàng)性，得到了答辯委員會的高度評價，但是人們總覺得

4、他的想法過于玄妙，無法接受。于是，有人質(zhì)問：有什么可以驗(yàn)證這一新的觀念？ 如果你是德布羅意，將如何驗(yàn)證自己的觀點(diǎn)？,四、物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,X 射線照在晶體上可以產(chǎn)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(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證電子具有波動性。,1、電子衍射實(shí)驗(yàn)1,戴維遜和革末的實(shí)驗(yàn)是用電子束垂直投射到鎳單晶，電子束被散射。其強(qiáng)度分布可用德布羅意關(guān)系和衍射理論給以解釋，從而驗(yàn)證了物質(zhì)波的存在。,,鎳單晶,a=0.215nm,d=0.0908nm,電流出現(xiàn)了周期性變化,實(shí)驗(yàn)結(jié)果：,實(shí)驗(yàn)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

5、時正好滿足布喇格 公式：,即：,實(shí)驗(yàn)裝置：,,,,,顯然將電子看成微粒無法解釋。,M,1927年 G.P.湯姆遜（J.J.湯姆遜之子） 也獨(dú)立完成了電子衍射實(shí)驗(yàn)。與 C.J.戴維森共獲 1937 年諾貝爾物理學(xué)獎。,1、電子衍射實(shí)驗(yàn)2,電子束在穿過細(xì)晶體粉末或薄金屬片后，也象X射線一樣產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。,此后，人們相繼證實(shí)了原子、分子、中子等都具有波動性。,電子衍射圖樣,2、電子雙縫實(shí)驗(yàn),1961年瓊森（Claus Jnsson）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(dāng)電子撞擊熒光屏?xí)r,發(fā)現(xiàn)了類似于雙縫衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果.,,大量電子一次性的

6、行為,電子顯微鏡,電子顯微鏡下的灰塵,,回顧與評價,我對光的認(rèn)識經(jīng)歷了幾個過程：,波粒二象性對我的思維沖擊：,德布羅意假說對我的啟發(fā)：,我對科學(xué)研究方法的新體會：,五、小結(jié),例1、試估算一個中學(xué)生在跑百米時的德布羅意波的波長。,解：估計一個中學(xué)生的質(zhì)量m50kg ，百米跑時速度v7m/s ，則,由計算結(jié)果看出，宏觀物體的物質(zhì)波波長非常小，所以很難表現(xiàn)出其波動性。,例2、(1)電子動能Ek=100 eV；(2)子彈動量p=6.63106 kg.m.s-1, 求德布羅意波長。,解： (1)因電子動能較小，速度較小，可用非相對論公式求解。,=1.23,(2)子彈:,h= 6.6310-34,= 1.010-40m,可見，只有微觀粒子的波動性較顯著；而宏觀粒子(如子彈)的波動性根本測不出來。,