高中物理选修--粒子的波动性

高中物理选修高中物理选修-粒子的波粒子的波动性动性光的干涉光的干涉衍射衍射电磁论电磁论黑体辐射黑体辐射光电效应光电效应康普顿效应康普顿效应光的波动性光的波动性 光具有光具有波粒二象性波粒二象性 光的粒子性光的粒子性 粒子性粒子性 粒子性粒子性 波动性波动性 波动性波动性 光具有光具有波粒二象性波粒二象性 光光同时同时具有波动性和粒子性具有波动性和粒子性光的波长越长，波动性越明显；光的波长越长，波动性越明显；光的波长越短，粒子性越明显。光的波长越短，粒子性越明显。德布罗意德布罗意（LouisVictorDucdeBroglie，18921987）“整个世纪以来（指整个世纪以来（指19世纪）世纪）在在光光学中比起波动的研究方法来，学中比起波动的研究方法来，如果说是过于如果说是过于忽视了粒子忽视了粒子的研究的研究方法的话，那么在方法的话，那么在实物实物的理论中，的理论中，是否发生了相反的错误呢？是不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，是我们把粒子的图象想得太多，而过分而过分忽略了波忽略了波的图象呢。的图象呢。”光这种具有典型的波动性的物质能具有粒子性，光这种具有典型的波动性的物质能具有粒子性，实物粒子为什么不能同时具有波动性呢？实物粒子为什么不能同时具有波动性呢？科学狂想曲科学狂想曲我们也是波！我们也是波！德布罗意德布罗意1923年发表了有关年发表了有关“波和粒子波和粒子”的论文，提出了物质波的概念。的论文，提出了物质波的概念。实物粒子也具有波动性，即每一个运动实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系这种波叫的粒子都与一个对应的波相联系这种波叫德布罗意波（物质波）。德布罗意波（物质波）。法国物理学家，法国物理学家，波动力学的创始波动力学的创始人，量子力学的人，量子力学的奠基人之一。奠基人之一。德布罗意原来的专业是历史，在其德布罗意原来的专业是历史，在其哥哥的影响下改学理论物理。这使得他哥哥的影响下改学理论物理。这使得他比一般物理学家更容易打破经典物理观比一般物理学家更容易打破经典物理观念的束缚。念的束缚。1924年，在博士论文年，在博士论文关于量子理关于量子理论的研究论的研究中把光的波粒二象性推广到中把光的波粒二象性推广到实物粒子，如电子，质子等。提出实物实物粒子，如电子，质子等。提出实物粒子也具有波动性这种与实物粒子相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。联系的波称为德布罗意波。它的直觉来自对称和类比思想它的直觉来自对称和类比思想 1929年，拥有法国公爵和德国王子年，拥有法国公爵和德国王子头衔的德布罗意成为第一个凭借博士论头衔的德布罗意成为第一个凭借博士论文（提出的物质波的假设）获得诺贝尔文（提出的物质波的假设）获得诺贝尔物理学奖（物理学奖（1929年）的人。年）的人。爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义，誉之为大意义，誉之为“揭开一幅大幕的一角揭开一幅大幕的一角”。能量为能量为E、动量为、动量为p的粒子与频率为的粒子与频率为v、波长为、波长为 的波的波相联系，并遵从以下关系：相联系，并遵从以下关系：E=mc2=hv 这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波（物质波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），其波长或概率波），其波长 称为称为德布罗意波长德布罗意波长。电电子的动能子的动能Ek=100eV，m=9.010-31kg,求求它的德布罗意波长。它的德布罗意波长。=1.2310-10m 实物粒子的物质波波长特别小，必须有相应大小实物粒子的物质波波长特别小，必须有相应大小的孔或障碍物才能观察到明显的衍射现象。的孔或障碍物才能观察到明显的衍射现象。德国物理学家劳厄因用德国物理学家劳厄因用X 射线照射线照在晶体上获得衍射图样而获得在晶体上获得衍射图样而获得1914年年诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖。运用类比思维，德布罗意在论文中提出，用加速运用类比思维，德布罗意在论文中提出，用加速过的电子流照射晶体作衍射实验的想法。过的电子流照射晶体作衍射实验的想法。戴维孙革末实验戴维孙革末实验 1927年，年，Davisson和和Germer 成功进行了电子的衍射实验。成功进行了电子的衍射实验。（二人凭借该实验获得（二人凭借该实验获得1937年诺贝尔物理学奖）年诺贝尔物理学奖）1927年年 G.P.汤姆孙（汤姆孙（J.J.汤姆汤姆孙孙之子之子）独立完成了电子衍射实验与戴维孙、革独立完成了电子衍射实验与戴维孙、革末分享了末分享了 1937 年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖 1960年，年，C.Jonson完成了完成了电子双缝干涉实验。后来的实电子双缝干涉实验。后来的实验证明中子和各种原子、分子验证明中子和各种原子、分子等微观粒子也具有波动性。等微观粒子也具有波动性。我们真的也是波！我们真的也是波！既然电子是波动，那么电子的波动方程是什么？既然电子是波动，那么电子的波动方程是什么？薛定谔方程薛定谔方程全世界一半的智慧全世界一半的智慧一切宏观物体都有波动性一切宏观物体都有波动性 质量质量 m=0.01kg，速度，速度 v=300 m/s 的子弹的的子弹的德布罗意波长为德布罗意波长为 宏观物体更容易表现出粒子性，而极难被检宏观物体更容易表现出粒子性，而极难被检测到波动性。测到波动性。结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！18