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1、17.3 粒子的波动性,第十七章 波粒二象性,重庆市忠县中学校 高二物理教研组,有记者曾问英国物理学家、诺贝尔获奖者布拉格教授：光是波还是粒子？布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休息。”如果你是布拉格教授，将如何机智地回答？那么光的本性到底是什么？,密立根光电效应实验,T/年,波动性,粒子性,1801,托马斯杨双缝干涉实验,1814,菲涅耳衍射实验,赫兹电磁波实验,赫兹发现光电效应,康普顿效应,牛顿微粒说占主导地位,波动说渐成真理,光学发展史,T/年,波动性,粒子性,光既具有粒子性，又具有波动性。,光学发展史,粒子性,波动性,（具有能量）
2、,（具有频率）,（具有动量）,h架起了粒子性与波动性之间的桥梁,（具有波长）,一、光的波粒二象性,二、德布罗意波（物质波）,De . Broglie 1923年发表了题为“波和粒子”的论文，提出了物质波的概念。,他认为，“整个世纪以来（指19世纪）在光学中与波动方面的研究相比，忽视了粒子方面的研究，而在实物粒子上，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，而过分忽略了波的图象呢”,德布罗意 (due de Broglie, 1892-1960),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，用对比的方法分析问题。 1923年，德布罗意试图把粒子性和波动性统一起来。
3、1924年，在博士论文关于量子理论的研究中提出德布罗意波,同时提出用电子在晶体上作衍射实验的想法。 爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义，誉之为“揭开一幅大幕的一角”。,法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。,能量为E、动量为p的粒子与频率为v、波长为的波相联系，并遵从以下关系：,这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波(物质波或概率波),其波长称为德布罗意波长。,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
4、，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。,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。,【例2】(1)电子动能Ek=100 eV；(2)子弹动量p=6.63106 kg.m.s-1, 求德布罗意波长。,解 (
5、1)因电子动能较小，速度较小，可用非相对论公式求解。,=1.23,(2)子弹:,h= 6.6310-34,= 1.010-40m,可见，只有微观粒子的波动性较显著；而宏观粒子(如子弹)的波动性根本测不出来。,波的干涉：两列波相遇区域，有的区域振动加强有的区域振动减弱，且加强区与减弱区相互间隔的现象干涉条件：频率相同，相位差恒定波的衍射：波绕过障碍物或小孔到达影区的现象。明显衍射的条件：障碍物或孔的尺寸比波长小或相差不多。,补充：干涉、衍射是波特有的现象,二、物质波的实验验证（戴维逊革末实验）,1927年，Davisson和Germer 进行了电子衍射实验。（该实验荣获1937年Nobel 物理学奖）,1927年 C.J.戴维森与 G.P.革末作电子衍射实验，验证电子具有波动性。,戴维逊和革末的实验是用电子束垂直投射到镍单晶，电子束被散射。其强度分布可用德布罗意关系和衍射理论给以解释，从而验证了物质波的存在。,L.V.德布罗意 电子波动性的理论研究,1929诺贝尔物理学奖,C.J.戴维孙 和G.P.汤姆孙通过实验发现晶体对电子的衍射作用,1937诺贝尔物理学奖,X射线经晶体的衍射图,电子射线经晶体的衍射图,电子显微镜,电子显微镜下的灰尘,