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1、粒子的波动性第1页，此课件共24页哦光的本性光的本性1672牛顿牛顿微粒说微粒说T/年年惠更斯惠更斯波动说波动说1690麦克斯韦麦克斯韦电磁说电磁说18641905爱因斯坦爱因斯坦光子说光子说波波波波动动动动性性性性粒粒粒粒子子子子性性性性1801托马斯托马斯杨杨双缝干涉双缝干涉实验实验1814菲涅耳菲涅耳衍射实验衍射实验赫兹赫兹电磁波实验电磁波实验1888赫兹赫兹发现光电效应发现光电效应牛顿微粒说牛顿微粒说占主导地位占主导地位波动说波动说渐成真理渐成真理.第2页，此课件共24页哦动量和能量是描述粒子性的动量和能量是描述粒子性的,频率和波长则是用来描述频率和波长则是用来描述波动性的波动性的.h
2、 h架起了粒子性和波动性之间的桥梁。架起了粒子性和波动性之间的桥梁。一一.光的波粒二象性光的波粒二象性 光既具有波动性光既具有波动性,又具有粒子性又具有粒子性,即即光具有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动量光子的动量实物粒子有无波动性呢？实物粒子有无波动性呢？第3页，此课件共24页哦 德布罗意原来学习历史，后来改学理论物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，用对比的方法分理学。他善于用历史的观点，用对比的方法分析问题。析问题。他认为，他认为，“整个世纪以来（指整个世纪以来（指1919世纪）在光世纪）在光学上学上,与波动方面的研究相比，忽视了粒子方面
3、与波动方面的研究相比，忽视了粒子方面的研究的研究;而在实物粒子的研究上，是否发生了相而在实物粒子的研究上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子方面的图象想得反的错误呢？是不是我们把粒子方面的图象想得太多，而忽略了波的现象太多，而忽略了波的现象”他提出假设他提出假设:实物粒子也具有波动性实物粒子也具有波动性 德布罗意德布罗意法国物理学法国物理学家，家，19291929年诺贝尔物理年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的的创始人，量子力学的奠基人之一奠基人之一。二二.粒子的波动性粒子的波动性第4页，此课件共24页哦 能量为能量为、动量为、动量为p p的粒子与频率
4、为的粒子与频率为v v、波长为、波长为 的波相联系，并遵从以下关系：的波相联系，并遵从以下关系：这种和这种和实物粒子相联系实物粒子相联系的波称为德布罗意波的波称为德布罗意波(物物质波质波或或概率波概率波).).其波长其波长 称为德布罗意波长。称为德布罗意波长。V V=/h/h =h/h/p p第5页，此课件共24页哦 宏观物体的波长比微观粒子的波长小得多，这在生活中宏观物体的波长比微观粒子的波长小得多，这在生活中很难找到能发生衍射的障碍物，所以我们并不认为它有波动很难找到能发生衍射的障碍物，所以我们并不认为它有波动性作为微观粒子的性作为微观粒子的电子电子，其，其德布罗意波波长为德布罗意波波长为
5、1010m数量数量级级，找与之相匹配的障碍物也非易事，找与之相匹配的障碍物也非易事三三.物质波的实验验证物质波的实验验证实验验证的思路：实验验证的思路：光的干涉和衍射现象是光具有波动性的有力证据。光的干涉和衍射现象是光具有波动性的有力证据。因此，如果电子、质子等实物粒子也真具有波动性，那因此，如果电子、质子等实物粒子也真具有波动性，那么它们就应该像光波那样也能发生干涉和衍射。么它们就应该像光波那样也能发生干涉和衍射。第6页，此课件共24页哦 在伦琴射线的研究中找到突破在伦琴射线的研究中找到突破，证实伦琴射线是电，证实伦琴射线是电磁波，考虑到电子的德布罗意波长与伦琴射线的波长具磁波，考虑到电子的
6、德布罗意波长与伦琴射线的波长具有相近的数量级，有相近的数量级，1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体进行了电子束衍射实验，从而证实了电子的波动性说进行了电子束衍射实验，从而证实了电子的波动性说明电子具有波粒二象性他们为此获明电子具有波粒二象性他们为此获 1937 年诺贝尔物理年诺贝尔物理学奖。学奖。电子束穿过铝箔后的衍射图像电子束穿过铝箔后的衍射图像除了电子以外，除了电子以外，后来还陆续证实后来还陆续证实了质子，中子，了质子，中子，以及原子的波动以及原子的波动性。性。第7页，此课件共24页哦类似的实验：19271927年，年，汤姆逊电子衍射实验汤姆逊电子衍射实验196
7、01960年，年，电子双缝干涉实验电子双缝干涉实验后来的实验证明原子、分子、中子等微观粒子也具后来的实验证明原子、分子、中子等微观粒子也具有波动性。有波动性。德布罗意公式成为揭示微观粒子波粒二象性德布罗意公式成为揭示微观粒子波粒二象性的统一性的基本公式的统一性的基本公式.第8页，此课件共24页哦X射线衍射电子衍射19271927年，年，G.P.G.P.汤姆孙令一电子束通过薄铝箔，结果发现，汤姆孙令一电子束通过薄铝箔，结果发现，同同X X射线一样，也能得到清晰的电子衍射图样。射线一样，也能得到清晰的电子衍射图样。第9页，此课件共24页哦NaCl晶体的中子衍射UO2晶体的电子衍射 微观粒子具有波粒
8、二象性的理论得到了公认。电子衍射、中子微观粒子具有波粒二象性的理论得到了公认。电子衍射、中子衍射、原子和分子束在晶体表面散射所产生的衍射实验都获得了衍射、原子和分子束在晶体表面散射所产生的衍射实验都获得了成功。成功。第10页，此课件共24页哦子弹子弹:质量为质量为m m=10=10-2-2Kg,Kg,速度速度v v=5.0=5.0 10102 2m/sm/s，对应的德布对应的德布罗意波长为：罗意波长为：电子电子:质量为质量为m m=9.1=9.1 1010-31-31KgKg，速，速度度v v=5.0=5.0 10107 7m/s,m/s,对应的德布对应的德布罗意波长为：罗意波长为：太小测不到
9、！太小测不到！宏观物体波动性宏观物体波动性不明显不明显X X射线波段射线波段微观粒子微观粒子波动性波动性明显明显第11页，此课件共24页哦对对德布德布罗罗意物意物质质波的理解波的理解1任何物体任何物体，小到，小到电电子、子、质质子，大到行星、太阳都存子，大到行星、太阳都存在波在波动动性，我性，我们们之所以之所以观观察不到宏察不到宏观观物体的波物体的波动动性，是性，是因因为为宏宏观观物体物体对应对应的波的波长长太小的太小的缘缘故故2德布德布罗罗意波是一种概率波，粒子在空意波是一种概率波，粒子在空间间各各处处出出现现的概的概率受波率受波动规动规律支配，不要以宏律支配，不要以宏观观观观点中的波来理解
10、德布点中的波来理解德布罗罗意波意波3德布德布罗罗意假意假说说是光子的波粒二象性的一种推广，使是光子的波粒二象性的一种推广，使之包括了所有的物之包括了所有的物质质粒子，即光子与粒子，即光子与实实物粒子都具有物粒子都具有粒子性，又都具有波粒子性，又都具有波动动性，与性，与光子光子对应对应的波是的波是电电磁波磁波，与与实实物粒子物粒子对应对应的波是的波是物物质质波波第12页，此课件共24页哦1、光学显微镜的原理、光学显微镜的原理 使用无限远光学系统的显微镜主要由物镜、使用无限远光学系统的显微镜主要由物镜、管镜和目镜组成。标本经物镜和管镜放大后，管镜和目镜组成。标本经物镜和管镜放大后，形成放大倒立的实
11、象；实象经目镜再次放大后，形成放大倒立的实象；实象经目镜再次放大后，形成放大的虚象。形成放大的虚象。2、电子显微镜的原理、电子显微镜的原理 电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。非常高的放大倍数下成像的仪器。第13页，此课件共24页哦光学显微镜光学显微镜第14页，此课件共24页哦扫描式电子显微镜扫描式电子显微镜第15页，此课件共24页哦电子显微镜电子显微镜第16页，此课件共24页哦课堂小结课堂小结光是一种波，同时也是一种粒子，光具光
12、是一种波，同时也是一种粒子，光具有有波粒二象性波粒二象性。光子的能量与动量之间的关系：光子的能量与动量之间的关系：=h=hP=h/P=h/两式的物理量两式的物理量和和p p描述光的粒子性，描述光的粒子性，和和描述光的波动性。描述光的波动性。第17页，此课件共24页哦实物粒子也具有波动性实物粒子也具有波动性一个能量为一个能量为E E、动量为、动量为 pp的实物粒子同的实物粒子同时具有波动性，时具有波动性，动量为动量为 P 的粒子波长：的粒子波长：频率频率:这种与实物粒子相联系的波后来称为这种与实物粒子相联系的波后来称为德布罗意波德布罗意波，也叫，也叫物质波。物质波。第18页，此课件共24页哦物质
13、波波长：物质波波长：为德布罗意波长，为德布罗意波长，h h为普朗克常量，为普朗克常量，p p为粒子动量。为粒子动量。第19页，此课件共24页哦.下列下列说说法正确的是法正确的是()A有的光是波，有的光是粒子有的光是波，有的光是粒子B光子与光子与电电子是同子是同样样的一种粒子的一种粒子C光光的的波波长长越越长长，其其波波动动性性越越显显著著；波波长长越越短短，其粒子性越其粒子性越显显著著D射射线线具有具有显显著的粒子性，不具有波著的粒子性，不具有波动动性性第20页，此课件共24页哦解析：解析：选选C.光同光同时时具有波具有波动动性和粒子性，只是在有性和粒子性，只是在有的情况下波的情况下波动动性更
14、性更显显著，有的情况下粒子性更著，有的情况下粒子性更显显著著波波长长越越长长，波，波动动性就更性就更显显著，粒子性就越不明著，粒子性就越不明显显，波波长长越短，粒子性就更越短，粒子性就更显显著，波著，波动动性就越不明性就越不明显显，只有只有C选项选项正确正确第21页，此课件共24页哦变变式式训训练练2根根据据物物质质波波理理论论，以以下下说说法法中中正正确确的是的是()A微微观观粒子有波粒子有波动动性，宏性，宏观观物体没有波物体没有波动动性性B宏宏观观物体和微物体和微观观粒子都具有波粒子都具有波动动性性C宏宏观观物物体体的的波波动动性性不不易易被被人人观观察察到到是是因因为为它它的的波波长长太
15、太长长D速度相同的速度相同的质质子和子和电电子相比，子相比，电电子的波子的波动动性性更更为为明明显显第22页，此课件共24页哦解析：解析：选选BD.一切运一切运动动的物体都有一种物的物体都有一种物质质波与它波与它对应对应，所以宏，所以宏观观物体和微物体和微观观粒子都具有波粒子都具有波动动性，性，A选项错误选项错误，B选项选项正确宏正确宏观观物体的物物体的物质质波波波波长长很短，很短，不易不易观观察到它的波察到它的波动动性，所以性，所以C选项错误选项错误速度相同速度相同的的质质子与子与电电子相比，子相比，电电子子质质量小，物量小，物质质波波波波长长更更长长，所以所以电电子波子波动动性更明性更明显显，所以，所以D选项选项正确正确第23页，此课件共24页哦一一质质量量为为450 g的的足足球球以以10 m/s的的速速度度在在空空中中飞飞行行；一一个个初初速速度度为为零零的的电电子子，通通过过电电压压为为100 V的的电电场场加加速速试试分分别别计计算算它它们们的的德德布布罗罗意意波波长长其其中中，电电子子质质量量为为9.11031 kg，普普朗朗克克常常量量h6.631034 Js.物质波的理解与计算物质波的理解与计算例例例例2 2第24页，此课件共24页哦