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1、 第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性 第三节 粒子的波动性 甘肃省通渭县第二中学李树龙光子的动量和光子能量可以分别表示为：光子的动量和光子能量可以分别表示为：与与光既有波动性，又有粒子性光既有波动性，又有粒子性与与是描述粒子性的，是描述粒子性的，、是描述波是描述波动性的，动性的，h h则是连接粒子和波动的桥梁则是连接粒子和波动的桥梁复习：光的波粒二象性复习：光的波粒二象性19231923年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设想，对于光子的波粒二象性会不会也适用于实胆地设想，对于光子的波粒二象性会不会也适用于实物粒子。物粒子。一、粒子波动性的假设一
2、、粒子波动性的假设光具有粒子性，又具有波动性。光具有粒子性，又具有波动性。光子能量和动量为光子能量和动量为 上面两式左边是描写粒子性的上面两式左边是描写粒子性的 E、P；右边是描写右边是描写波动性的波动性的、。将光的粒子性与波动性联系起来。将光的粒子性与波动性联系起来。实物粒子：静止质量不为零的那些微观粒子。实物粒子：静止质量不为零的那些微观粒子。一切实物粒子都有具有波粒二象性。一切实物粒子都有具有波粒二象性。德布罗意原来学习历史，后来改学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，用理论物理学。他善于用历史的观点，用对比的方法分析问题。对比的方法分析问题。1923年，德布罗
3、意试图把粒子性和年，德布罗意试图把粒子性和波动性统一起来。波动性统一起来。1924年，在博士论文年，在博士论文关于量子理论的研究关于量子理论的研究中提出德布罗中提出德布罗意波意波,同时提出用电子在晶体上作衍射实同时提出用电子在晶体上作衍射实验的想法。验的想法。爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义，誉之为想的重大意义，誉之为“揭开一幅大幕揭开一幅大幕的一角的一角”。德布罗意，德布罗意，法国物理学家，法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。的奠基人之一。实物粒子的波粒
4、二象性的意思是：实物粒子的波粒二象性的意思是：微观粒子既表现出微观粒子既表现出粒子的特性，又表现出波动的特性。粒子的特性，又表现出波动的特性。实物粒子的波称为德布罗意波或物质波，物质波的波实物粒子的波称为德布罗意波或物质波，物质波的波长称为德布罗意波长。长称为德布罗意波长。德布罗意关系式德布罗意关系式 德布罗意把爱因斯坦对光的波粒二象性描述应用德布罗意把爱因斯坦对光的波粒二象性描述应用到实物粒子，到实物粒子，动量为动量为 P 的粒子波长：的粒子波长：德布罗意公式德布罗意公式德布罗意是第一个由于博士论文（提出的物质波的假德布罗意是第一个由于博士论文（提出的物质波的假设）获得了诺贝尔奖。设）获得了
5、诺贝尔奖。频率频率:X 射线照在晶体上可以产射线照在晶体上可以产生衍射，电子打在晶体上也能生衍射，电子打在晶体上也能观察电子衍射。观察电子衍射。1927年年 C.J.戴维森与戴维森与 G.P.革末作电子衍射实验，革末作电子衍射实验，验证电子具有波动性。验证电子具有波动性。二二.德布罗意波的实验验证德布罗意波的实验验证1.电子衍射实验电子衍射实验1 戴维逊和革末的实验是戴维逊和革末的实验是用电子束垂直投射到镍单用电子束垂直投射到镍单晶，电子束被散射。其强晶，电子束被散射。其强度分布可用德布罗意关系度分布可用德布罗意关系和衍射理论给以解释，从和衍射理论给以解释，从而验证了物质波的存在。而验证了物质
6、波的存在。探测器探测器电子束电子束电子枪电子枪镍单晶镍单晶 1927年年 G.P.汤姆逊汤姆逊（J.J.汤姆逊之子）汤姆逊之子）也独也独立完成了电子衍射实验。与立完成了电子衍射实验。与 C.J.戴维森共获戴维森共获 1937 年诺年诺贝尔物理学奖。贝尔物理学奖。屏屏 P P多晶多晶薄膜薄膜高压高压栅极栅极阴极阴极2.电子衍射实验电子衍射实验2电子束在穿过细晶体粉末电子束在穿过细晶体粉末或薄金属片后，也象或薄金属片后，也象X射线射线一样产生衍射现象。一样产生衍射现象。此后，人们相继证实了原子、此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。分子、中子等都具有波动性。电子衍射图样电子衍射图样 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，即具有以能运动时，即具有以能量量E和动量和动量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。德布罗意关系德布罗意关系如速度如速度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射线射线波段波段作业：问题与练习1，2，3.