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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,8-6,波粒二象性,第一章质点运动学,简明物理学,教程,思想方法,自然界在许多方面都是明显地对称的，他采用类比的方法提出物质波的假设,.,“整个世纪以来，在辐射理论上，比起波动的研究方法来，是过于忽略了粒子的研究方法；在实物理论上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们关于粒子的图象想得太多 ，而过分地,忽略了波的图象,呢？”,法国物理学家德布罗意,（,Louis Victor de Broglie 1892 1987),德布罗意为此获得,1929,年诺贝尔物理学奖。,8-6 德布罗意波 实物粒子的二象性,思想方法 自然界在许多方面都是明显地对,光的波粒二象性,电磁波,光 子,光的波动性,光的粒子性,波长,l,频率,n,波速,c,m,动质量,e,能量,p,动量,波的干涉,波的衍射,横波偏振,有波动参量,如：,有波的行为特性 如：,有粒子参量 如：,有粒子的行为特性 如：,黑体辐射,光电效应,康普顿效应,，,光的这种双重特性，称为光的,波粒二象性,。,既具有,波动性,又具有,粒子性,光,光的波粒二象性电磁波光 子光的波动性光的粒子性 波长l频,一、德布罗意假设,（,1924,年,）,德布罗意假设：实物粒子具有波粒二象性,.,德布罗意公式,2,）宏观物体的德布罗意波长小到实验难以测量的程度，因此宏观物体仅表现出粒子性,.,注 意,1,）若 则,若 则,一、德布罗意假设（1924 年）德布罗意假设：实物粒子具有,例如,:,电子经电势差为,U,的电场加速,在,v c,下,此电子的德布罗意波长为,:,如,U,=200V,则,如,U,=150V,则,=0.1nm,与,X,射线同数量级,.,德布罗意波的波长很短,.,例如:电子经电势差为U的电场加速,在v c下,如U=,*二德布罗意波的实验证明,戴维孙,革末电子衍射实验（,1927,年）,35 54 75,当散射角 时,电流与加速电压曲线,检测器,电子束,散射线,电子被镍晶体衍射实验,M,K,电子枪,*二德布罗意波的实验证明戴维孙 革末电子衍射实验（19,.,.,.,镍晶体,电子波的波长,两相邻晶面电子束反射射线干涉加强条件,.镍,2,G.P.,汤姆孙电子衍射实验,(,1927,年,),当 时，与实验结果相近,.,电子束透过多晶铝箔的衍射,K,双缝衍射图,2 G.P.汤姆孙电子衍射实验 (1927年,电子衍射附图一,X,射线衍射,电子衍射,1927,年，,G.P.,汤姆孙,等,令一电子束通过薄铝箔，结果发现，同,X,射线一样，也能得到清晰的电子衍射图样。,电子衍射附图一X射线衍射电子衍射1927年，G.P.汤姆孙等,电子衍射附图二,电子在氧化镁晶体半平面,的直边衍射,氧化锌晶体对电子的衍射,钨晶体薄片对电子的衍射,由于电子进入到晶体内部时容易被吸收，人们通常采用极薄的晶片，或让电子束以掠入射的形式从晶体表面掠过，使电子只与晶体最外层的原子产生衍射，从而成功地观察到多种晶体的电子衍射图样。,电子衍射附图二电子在氧化镁晶体半平面氧化锌晶体对电子的衍射钨,电子及中子衍射,NaCl,晶体的中子衍射,UO,2,晶体的电子衍射,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成功。微观粒子具有波粒二象性的理论得到了公认。,电子及中子衍射NaCl晶体的中子衍射UO2晶体的电子衍射电子,解,在热平衡状态时,按照能均分定理慢中子的平均平动动能可表示为,试计算,温度为 时慢中子的德布罗意波长,.,慢中子的德布罗意波长,三 应用举例,1932,年德国人鲁斯卡成功研制了电子显微镜,;,1981,年德国人宾尼希和瑞士人罗雷尔制成了扫瞄隧道显微镜,.,例,解 在热平衡状态时,按照能均分定理慢中,试计算温度为,27,0,c,时对应于方均根速率的氧分子的德布罗意波长,.,解,:,对,1,mol,r,的理想气体有,:,代入数据,:,氧分子的,德布罗意波长,:,=0.026nm,与,X,射线同数量级,因此穿过晶片可产生衍射图样,.,方均根速率为,:,E,k,=mv,2,/2=,=3kT/2,则,例,试计算温度为270c时对应于方均根速率的氧分子的德布罗,*四,德布罗意波的统计解释,经典,粒子,不被分割的整体，有确定位置和运动轨道,；,经典,的波,某种实际的物理量的空间分布作周期性的变化，波具有相干叠加性,.,二象性,要求将波和粒子两种对立的属性统一到同一物体上,.,1926,年玻恩提出 德布罗意波是,概率,波,.,统计解释：,在某处德布罗意波的强度是与粒子在该处邻近出现的概率成正比的,.,概率概念的哲学意义：,在已知给定条件下，不可能精确地预知结果，只能预言某些可能的结果的概率,.,*四德布罗意波的统计解释 经典粒子 不被,二象性统计解释,令入射光极弱，光子数目极少，光子将会在屏上出现的确切位置无法预测。,双缝干涉实验,*光的波粒二象性的统计观点解释,l,摄影底板或显微观察,延长曝光时间，可发现在光波干涉理论算得的各明纹区域，光子,出现的概率最大；,各暗纹区域，光子出现的概率最小。,继续延长曝光时间，可得到名暗连续变化的双缝干涉清晰图像，并与强光入射（大量光子同时入射）一次曝光的情况等效。,光子的行为不能用经典粒子的运动状态参量描述和准确预测；,光波在空间某处的强度反映了光子在该处附近出现的概率。,二象性统计解释令入射光极弱，光子数目极少，光子将会在屏上出现,光子衍射,单 缝 衍 射 像,圆孔衍射像,在光的衍射实验中，摄像记录弱光入射的几个不同曝光阶段的衍射图样，并进行比较，可以发现，在衍射图样中较亮的地方，光子出现的概率较大。,光子衍射单 缝 衍 射 像圆孔衍射像,
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