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第十七章 波粒二象性 第3节 粒子的波动性,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？,一、光的本性,T/年,波动性,粒子性,光的干涉,光的衍射,光电效应,康普顿效应,、,光学发展史,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,T/年,波动性,粒子性,光既具有粒子性，又具有波动性。,粒子性,波动性,（具有能量）,（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）,二、光的波粒二象性,T/年,波动性,粒子性,光既具有粒子性，又具有波动性。,实物粒子既具有粒子性，也具有波动性。,三、粒子的波粒二象性,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，用类比方法分析问题。 1924年，他考虑到普朗克量子爱因斯坦光子理论的成功在博士论文关于量子理论的研究中大胆地把光的波粒二象性推广实物粒子，如电子，质子等。于是他提出实物粒子也具有波动性。这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波. 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。,一个质量为m的实物粒子以速率v 运动时，即具有以能量和动量p所描述的粒子性，同时也具有以频率和波长所描述的波动性。,粒子性,波动性,二者通过h来联系,德布罗意波（物质波）的波长,在 时,电子的德布罗意波长,注意：对实物粒子，v是指粒子的速度（群速）故不存在v=的关系。,加速电势差为 U，则,可获得电子在不同电压下的波长,的单位为eV,与x射线的波长相当,由于德布罗意博士论文独创性，得到了答辩委员会的高度评价，但是人们总觉得他的想法过于玄妙，无法接受。于是，有人质问：有什么可以验证这一新的观念？ 如果你是德布罗意，将如何验证自己的观点？,四、物质波的实验验证,X 射线照在晶体上可以产生衍射，电子打在晶体上也能观察电子衍射。,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。,1、电子衍射实验1,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。,镍单晶,a=0.215nm,d=0.0908nm,电流出现了周期性变化,实验结果：,实验解释：,将电子看成波，其波长为德布罗意波长：,既然是波，电流出现最大值时正好满足布喇格 公式：,即：,实验装置：,显然将电子看成微粒无法解释。,M,1927年 G.P.汤姆逊（J.J.汤姆逊之子） 也独立完成了电子衍射实验。与 C.J.戴维森共获 1937 年诺贝尔物理学奖。,1、电子衍射实验2,电子束在穿过细晶体粉末或薄金属片后，也象X射线一样产生衍射现象。,此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。,电子衍射图样,2、电子双缝实验,1961年琼森（Claus Jnsson）将一束电子加速到50Kev，让其通过一缝宽为a=0.510-6m，间隔为d=2.010-6m的双缝,当电子撞击荧光屏时,发现了类似于双缝衍射实验结果.,大量电子一次性的行为,电子显微镜,电子显微镜下的灰尘,回顾与评价,我对光的认识经历了几个过程：,波粒二象性对我的思维冲击：,德布罗意假说对我的启发：,我对科学研究方法的新体会：,五、小结,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： (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。,
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