15.4 粒子的波动性
- 格式：ppt
- 大小：1.02 MB
- 文档页数：18
下载文档原格式
合集下载
17.3 粒子的波动性(解析版)
1h17.3 粒子的波动性学习目标1．理解光的波粒二象性。
2．了解粒子的波动性。
3．理解物质波的概念，知道物质波的实验验证。
重点：1．认识光的波粒二象性。
2．德布罗意波长的计算。
难点：1．波粒二象性的理解。
2．物质波的理解。
知识点一、光的波粒二象性1．光的本性（2）19 世纪 60 年代和 80 年代，麦克斯韦和赫兹先后从理论上和实验上确认了光的电磁波本质。
（3）光电效应和康普顿效应揭示了光的粒子性。
（4）光的本性①大量光子产生的效果显示出光的波动性，如干涉、衍射、和偏振现象。
②个别光子产生的效果显示出粒子性，如光电效应、康普顿效应。
③光既有波动性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。
也就是光是一种波，同时也是一种粒子。
光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。
2．光子的能量和动量：光子的能量ε=hγ，光子的动量 p = λ = h γ= ε。
λγ c3．意义：能量ε和动量p 是描述物质的；粒子性的重要物理量；波长λ和频率ν是描述物质的波动性的典型物理量。
因此ε＝hν和p＝h揭示了光的粒子性和波动性之间的密切关系。
λ4．光的波动性与粒子性的统一（1）大量光子产生的效果显示出波动性，比如干涉、衍射现象中，如果用强光照射，在光屏上立刻出现了干涉、衍射条纹，波动性体现了出来；个别光子产生的效果显示出粒子性。
如果用微弱的光照射，在屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点，粒子性得到充分体现；但是如果微弱的光在照射时间加大的情况下，在感光底片上的光点分布又会出现一定的规律性，倾向于干涉、衍射的分布规律。
这些实验为人们认识光的波粒二象性提供了良好的依据。
（2）光子和电子、质子等实物粒子一样，具有能量和动量。
（3）光子的能量与其对应的频率成正比，而频率是波动性特征的物理量，因此ε＝hν揭示了光的粒子性和波动性之间的密切联系。
（4）对不同频率的光，频率低、波长长的光，波动性特征显著；而频率高、波长短的光，粒子性特征显著。
光的粒子性和波动性光的粒子性和波动性的解释
光的粒子性和波动性光的粒子性和波动性的解释光的粒子性和波动性的解释光既有粒子性又有波动性，这是物理学科中一个重要的研究领域。
通过对光的行为和性质进行观察和实验，科学家们发现了光既表现为粒子也表现为波动的现象。
本文将对光的粒子性和波动性的解释进行探讨。
一、光的粒子性光的粒子性也被称为光子性，即将光看作由一连串粒子组成的“粒子束”。
这一概念最早由爱因斯坦在20世纪初提出，并由此解释了一些实验中光的行为，例如光电效应。
光子是光的最基本的单位，具有能量和动量。
根据量子理论，能量和动量的传递是以光子为介质完成的。
光的能量正比于光的频率，具有量子化的特性。
当光与物质相互作用时，光子与物质中的电子发生相互作用，产生电子跃迁等现象。
实验中也可以观察到光的粒子性。
例如，当光通过一个狭缝时，可以看到光在狭缝背后的屏幕上形成一系列亮暗相间的斑纹，这被解释为光的粒子作为波动的结果，通过狭缝后以波动的方式传播。
二、光的波动性光的波动性是指光在传播中表现出的波动行为。
这一概念最早由赫兹于19世纪末观察到，他利用一系列实验证明，光的波动性与电磁波的波动性是一致的。
光的波动性可以通过许多实验进行观测。
例如，干涉实验是一种常用的方法。
当两束光线发生干涉时，可以看到亮暗相间的干涉条纹。
这一现象可以用波动理论解释，即当两束光的波峰或波谷重叠时，干涉现象产生。
衍射实验也是证明光的波动性的重要实验证据。
当光通过一个孔或狭缝时，会发生衍射现象，即光波会在孔或狭缝的周围弯曲传播。
这表明光具有波的特性，可以在物体的边缘产生扩散或条纹。
三、波粒二象性光既具有粒子性又具有波动性，被称为波粒二象性。
这一概念是由德布罗意和波尔提出的，并被量子理论广泛接受。
根据波粒二象性理论，光既可以作为粒子解释光电效应等现象，又可以作为波动解释干涉和衍射等现象。
波粒二象性的解释涉及到量子理论中的波函数概念。
波函数描述了光粒子或光波的性质，通过波函数的变化可以解释光在实验中的行为。
高中光学粒子性教案高考复习必备
高中光学粒子性教案-高考复习必备第一章：光的粒子性概述1.1 光的波粒二象性1.2 光的粒子性实验1.3 光的粒子性与波动性的关系第二章：光电效应2.1 光电效应的发现2.2 光电效应方程2.3 光电效应的条件2.4 光电效应的实验现象第三章：康普顿效应3.1 康普顿效应的发现3.2 康普顿效应方程3.3 康普顿效应与光的粒子性3.4 康普顿效应的实验现象第四章：光的吸收与散射4.1 光的吸收现象4.2 光的散射现象4.3 吸收与散射的原理4.4 吸收与散射的实验现象第五章：光的粒子性与物质波5.1 物质波的概念5.2 物质波的性质5.3 物质波的实验证实5.4 光的粒子性与物质波的关系第六章：光的干涉与衍射6.1 干涉现象的解释6.2 双缝干涉实验6.3 单缝衍射与双缝衍射6.4 光的干涉与衍射的原理第七章：光的偏振7.1 偏振现象的发现7.2 偏振光的性质7.3 马吕斯定律7.4 光的偏振与光的粒子性第八章：光的量子性8.1 光的量子概念8.2 光量子假说的发展8.3 光量子性与波动性的关系8.4 光的量子性实验验证第九章：光的传播与介质9.1 光在介质中的传播9.2 光的速度与折射率9.3 全反射现象9.4 光在介质中的衰减与散射第十章：光的粒子性与现代光学10.1 光的粒子性与激光技术10.2 光的粒子性与光纤通信10.3 光的粒子性与光学成像10.4 光的粒子性与光学探测器第十一章：光的粒子性与光谱学11.1 光谱学的基本概念11.2 光谱线的产生与分类11.3 光的粒子性与光谱学11.4 光谱学在科学研究中的应用第十二章：光的粒子性与光学仪器12.1 光学仪器的基本原理12.2 光的粒子性与望远镜12.3 光的粒子性与显微镜12.4 光的粒子性与光学传感器第十三章：光的粒子性与量子光学13.1 量子光学的基本概念13.2 光的量子态13.3 量子纠缠与量子超位置13.4 光的粒子性与量子光学实验第十四章：光的粒子性与光学应用14.1 光的粒子性与激光技术14.2 光的粒子性与光纤通信14.3 光的粒子性与光学成像14.4 光的粒子性与光学显示技术第十五章：光的粒子性与光学前沿15.1 光的粒子性与光学非线性15.2 光的粒子性与光学隐形技术15.3 光的粒子性与光学量子计算15.4 光的粒子性与光学生物学重点和难点解析本文主要介绍了高中光学粒子性的相关内容，重点包括光的波粒二象性、光电效应、康普顿效应、光的吸收与散射、光的粒子性与物质波等。
粒子的波动性
基于“四基目标”的高中物理 选修3-5微课系列
主讲人：陈龙美
光的干涉：双缝干涉、薄膜干涉
波动性 光的衍射：单缝衍射、小孔衍射、
圆屏衍射。
光 的
光的电磁学 说
光谱和光谱分析
本
光电效应：实验及四条实验规律
性 粒子性
光子说：E=h ν ，能用光子说 解释光电效应
波粒二象性 光既具有波动性，又具有粒
子性
一、光是什么？
“整个世纪以来，在光学上， 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像想得 太多，而忽略了波的现象？”
粒子的波动性
德布罗意提出假设：实物粒子也具有波动性。 德布罗意波（物质波） “没有科学特征的狂想曲” “揭开一幅大幕的一角”
h h 1.231010 m p mv
基于“四基目标”的高中物理 选 1912年劳厄 修 3 - 5 微19课27年系戴维列孙和汤姆孙
X射线经晶体的衍射图样
电子束经晶体的图样
德布罗意因提出电子的波动性而荣获诺贝尔物理学奖。
C.J.戴维孙和G.P.汤姆孙因发现电子被晶体衍射的实 验现象而荣获诺贝尔物理学奖。
1.试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。 估计一个中学生的质量m≈50kg ，百米跑时速度v≈7m/s，则
h 6.63 10 34 m 1.9 10 36 m
p 50 7
2.一个原来静止的电子，在经过100V电压加速后，德布罗 意波长约为多少？
电子质量m=9×10-31kg
电量e=1.6×10-19C
托马斯·杨
惠更斯 麦克斯韦
电磁说
1690 1672
牛顿 微粒说
主讲人：陈龙美
光的干涉：双缝干涉、薄膜干涉
波动性 光的衍射：单缝衍射、小孔衍射、
圆屏衍射。
光 的
光的电磁学 说
光谱和光谱分析
本
光电效应：实验及四条实验规律
性 粒子性
光子说：E=h ν ，能用光子说 解释光电效应
波粒二象性 光既具有波动性，又具有粒
子性
一、光是什么？
“整个世纪以来，在光学上， 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像想得 太多，而忽略了波的现象？”
粒子的波动性
德布罗意提出假设：实物粒子也具有波动性。 德布罗意波（物质波） “没有科学特征的狂想曲” “揭开一幅大幕的一角”
h h 1.231010 m p mv
基于“四基目标”的高中物理 选 1912年劳厄 修 3 - 5 微19课27年系戴维列孙和汤姆孙
X射线经晶体的衍射图样
电子束经晶体的图样
德布罗意因提出电子的波动性而荣获诺贝尔物理学奖。
C.J.戴维孙和G.P.汤姆孙因发现电子被晶体衍射的实 验现象而荣获诺贝尔物理学奖。
1.试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。 估计一个中学生的质量m≈50kg ，百米跑时速度v≈7m/s，则
h 6.63 10 34 m 1.9 10 36 m
p 50 7
2.一个原来静止的电子，在经过100V电压加速后，德布罗 意波长约为多少？
电子质量m=9×10-31kg
电量e=1.6×10-19C
托马斯·杨
惠更斯 麦克斯韦
电磁说
1690 1672
牛顿 微粒说
15-5 微观粒子的波动性
求在温度为3.0k的液氦中冷冻着的中子的德布罗意波长？
3 Ek kT 6.21 1023 J 2
P 2mEk 4.55 10
25
J
h 1.5nm P
电子运动速率为300m/s，其测量准确度为0.01%，若 要确定这个电子的位置，求位置的最小不确定量。
Vx 300 0.01%
Px m Vx 9.11 1031 300 0.01%
6.626 1034 x 1.93 103 2mVx 2 2 9.1 1031 300 0.01%
x
动量完全确定 位置完全不确定
粒子在何处？
与经典描述比较（以一维运动为例）
状态参量 经 典 描 述 轨迹 相空间 变化
状态
图形
x px
完全 确定
确定
点
线
量 子 描 述
x px 失去
意义
相格
带
(x px )
物理意义：
x px
2） 微观粒子永远不可能静止 —— 存在零点能， 否则，x 和 p x 均有完全确定的值，违反不确定关系。 （热运动不可能完全停止，0 K 不能实现） 海森伯的原理只是发出警告的路牌：“普通的 语言只能应用到这里为止”，当你走到原子领域时， 就会遇到麻烦。 －－－维斯科夫
物质波的强度分布反映实物粒子出现在空间各处的概率 4） 微观粒子不同于经典粒子，也不同于经典波 •子弹干涉实验
子弹总是整颗到达，打开两孔的效应是单独打开每孔效应之和： P12＝ P1＋P2，不呈现干涉现象。
•水波干涉实验
I12 I1 I 2 2 I1 I 2 cos
打开两孔的效应不是单独打开每孔效应之和： I 12 I 1 I 2 呈现干涉现象。
高中物理之粒子的波动性知识点
高中物理之粒子的波动性知识点
光的波粒二象性
（1）光的波粒二象性
干涉，衍射和偏振表明光是一种波；光电效应和康普顿效应又用无可辩驳的事实表明光是一种粒子；因此现代物理学认为：光具有波粒二象性。
（2）正确理解波粒二象性
波粒二象性中所说的波是一种概率波，对大量光子才有意义。
波粒二象性中所说的粒子，是指其不连续性，是一份能量。
①个别光子的作用效果往往表现为粒子性；大量光子的作用效果往往表现为波动性。
②ν高的光子容易表现出粒子性；ν低的光子容易表现出波动性。
③光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时往往表现为粒子性。
④由光子的能量E=hν，光子的动量表示式也可以看出，光的波动性和粒子性并不矛盾：表示粒子性的粒子能量和动量的计算式中都含有表示波的特征的物理量——频率ν和波长λ。
由以上两式和波速公式c=λν还可以得出：E = pc。
人教版高中物理选修3-5 第17章 第3节 粒子的波动性(共45张PPT)
们之所以观察不到宏观物体的波动性,是因为宏观物体对 应的波长太小的缘故.（一切实物粒子都有波动性）
(2)德布罗意是一种概率波,粒子在空间各处出现的概率受到 波动规律的支配,不要以宏观观点中的波（机械波）来理 解德布罗意波.
第12第页1共2页42 页
(3)德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广,使之包括 了所有的物质粒子,即光子和实物粒子都具有粒子性,又都 具有波动性,与光子对应的是电磁波,与实物粒子对应的波 是物质波.
④光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时
往往表现为粒子性。
第6页第共6页42 页
二､粒子的波动性 1.物质波
波
德布罗意 (due de Broglie, 1892-1960)
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。
第7页第共7页42 页
答案:(1)4.0×10-10 m 6.63×10-35 m
第34第页3共4页42 页
1.对光的行为,下列说法正确的是( ) A.个别光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表
现为波动性
B.光的波动性是光的一种特性,不是光子之间的相互 作用引起的
C.光表现出波动性时,就不具有粒子性了,光表现出 粒子性时,就不具有波动性了
毒样貌
第23第页2共3页42 页
人类对于光的认识历程
能量量子化 普朗克
德布罗意： 粒子和波这两种观点应该以某种方式统一
第24第页2共4页42 页
父子诺贝尔奖——汤姆逊
J.J.汤姆逊 1856-1940 1906年,汤姆逊由于发现电 子和对气体放电理论和实验 做出了重大贡献获得诺贝尔 物理学奖。
是粒子.虽然光子和电子都是微观粒子,都具有波粒 二象性,但电子是实物粒子,有静止的质量;光子不 是实物粒子,没有静止的质量,电子是以实物粒子存 在的物质,而光子是以场的形式存在的物质,所以不 能说光子和电子是同样的一种粒子,大量光子的行 为往往表现出波动性,
(2)德布罗意是一种概率波,粒子在空间各处出现的概率受到 波动规律的支配,不要以宏观观点中的波（机械波）来理 解德布罗意波.
第12第页1共2页42 页
(3)德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广,使之包括 了所有的物质粒子,即光子和实物粒子都具有粒子性,又都 具有波动性,与光子对应的是电磁波,与实物粒子对应的波 是物质波.
④光在传播过程中往往表现出波动性；在与物质发生作用时
往往表现为粒子性。
第6页第共6页42 页
二､粒子的波动性 1.物质波
波
德布罗意 (due de Broglie, 1892-1960)
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。
第7页第共7页42 页
答案:(1)4.0×10-10 m 6.63×10-35 m
第34第页3共4页42 页
1.对光的行为,下列说法正确的是( ) A.个别光子的行为表现为粒子性,大量光子的行为表
现为波动性
B.光的波动性是光的一种特性,不是光子之间的相互 作用引起的
C.光表现出波动性时,就不具有粒子性了,光表现出 粒子性时,就不具有波动性了
毒样貌
第23第页2共3页42 页
人类对于光的认识历程
能量量子化 普朗克
德布罗意： 粒子和波这两种观点应该以某种方式统一
第24第页2共4页42 页
父子诺贝尔奖——汤姆逊
J.J.汤姆逊 1856-1940 1906年,汤姆逊由于发现电 子和对气体放电理论和实验 做出了重大贡献获得诺贝尔 物理学奖。
是粒子.虽然光子和电子都是微观粒子,都具有波粒 二象性,但电子是实物粒子,有静止的质量;光子不 是实物粒子,没有静止的质量,电子是以实物粒子存 在的物质,而光子是以场的形式存在的物质,所以不 能说光子和电子是同样的一种粒子,大量光子的行 为往往表现出波动性,
量子力学中粒子的波动性与粒子性
量子力学中粒子的波动性与粒子性量子力学是一门研究微观世界的科学，它揭示了物质的微粒性和波动性这两个看似矛盾但却共存的特性。
在传统物理学中，人们往往习惯于将物质看作是粒子，具有明确的位置和速度。
然而，在量子力学的框架下，我们必须采用波动-粒子二象性来解释微观世界的现象。
首先，让我们来探讨粒子的波动性。
根据波动粒子二象性的原理，我们可以将粒子看作是具有波动特性的实体。
根据德布罗意假设，所有的物质都具有波动性，而波长与运动物体的动量成反比。
这一假设得到实验证实，例如在电子衍射实验中，通过经过适当孔径的屏幕探测到的电子形成了干涉和衍射图样，这与光的波动性现象非常相似。
同时，粒子的波动性在实际环境中也得到了广泛应用。
例如，在电子显微镜中，电子的波动性使得我们能够观察到高分辨率的微观结构，这是光学显微镜所无法实现的。
此外，粒子的波动性还与量子计算和量子通信等领域息息相关，为未来的科技发展带来了许多新的可能性。
然而，我们不能忽视粒子的粒子性。
粒子性是指物质具有一定的位置和动量，可以通过具体的实验测量获得。
当我们进行粒子鉴别实验时，粒子的波动性显得不明显，而其粒子性则变得清晰可见。
例如利用电子束轰击样品，我们可以得到原子的散射图案，通过这些图案可以了解原子的位置和形状等粒子性质。
在实践应用方面，粒子的粒子性在现代技术中起到了关键作用。
例如在X射线技术中，通过控制X射线的粒子性质，可以对物质进行成像和分析，这在医学诊断和材料表征中都有广泛的应用。
另外，粒子的粒子性还被用于工业领域的材料表面分析、矿石勘探等。
粒子的波动性与粒子性的共存，使得量子力学具有了独特的解释力。
波动粒子二象性的概念使我们不再简单地将物质看作是一种独立的实体，而是一种同时具有波特性和粒特性的物质。
波动性和粒子性是相互补充的，正是这种特性使得量子力学能够解释许多微观世界中的奇异现象，例如量子隧穿效应和量子纠缠等。
事实上，粒子的波动性与粒子性背后的数学形式也具备一定的深度。
大学物理2教学大纲
《大学物理Ⅱ》教学大纲课程名称：大学物理Ⅱ课程编号：课程类别：专业基础课/必修课学时/学分：51学时/2.5学分开设学期：第三学期开设单位：物理与机电工程学院适用专业：电气工程及其自动化说明一、课程性质与说明1．课程性质专业基础课/必修课2．课程说明物理学的研究对象具有极大的普遍性，它的基本理论渗透在自然科学的一切领域，广泛地应用于生产技术的各个部门，它是自然科学和工程技术的基础，也是许多高新技术发展的源泉和先导。
因此，《大学物理》课程是理工科各专业学生的一门重要必修基础课。
以物理学为基础的大学物理课程主要包括：力学、振动和波动、热学、电磁学、光学、狭义相对论基础、量子物理基础等基础知识，以及它们在现代科学技术中的应用等。
通过大学物理课程的教学，应为学生进一步学习打下坚实的物理基础。
在教学过程中，要注意培养学生树立科学的自然观和辨证唯物主义世界观，培养学生科学思维和分析解决问题的能力，以及学生的探索精神与创新意识。
二、教学目标1. 学习和理解物理学观察、分析和解决问题的思想方法，培养、提高学生的科学素质,激发对科学的求知欲望及创新精神。
2. 系统地掌握必要的物理学基础知识及其基本规律,能运用经典物理学的理论对力、热、电、磁、光等学科的基本问题作初步的解释、分析和处理。
3. 对物理学的基本概念、基本理论、基本方法能够有比较全面和系统的认识和正确的理解，将微积分知识具体地、灵活地应用于物理问题之中，培养学生分析、解决实际问题的能力，并为后继课程的学习作必要的知识准备。
4. 了解各种理想物理模型，并能够根据物理概念、问题的性质和需要，抓住主要因素，略去次要因素，对所研究的对象进行合理的简化。
5. 了解近代物理学的有关基础知识。
三、学时分配表四、教学教法建议建议本课程以课堂讲授为主，采用启发式教学法。
教学中可充分利用录像、演示实验及多媒体等手段。
为加强学生对所学内容的理解，掌握解题方法、技巧，教师应推荐相应的参考书，课后留作业，按时辅导答疑。
光的粒子性和粒子的波动性ppt课件
光的粒子性 光电效应
1
对光学的研究
从很早就开始了… …
17世纪明确形成 了两大对立学说
牛顿 微粒说
由于波动说没有 数学基础以及牛 顿的威望使得微 粒说一直占上风
19世纪初证明了 波动说的正确性
19世纪末光电效应现象使得 爱因斯坦在20世纪初提出了 光子说：光具有粒子性
惠更斯 波动说
2
一、光电效应现象
19
爱因斯坦由于对光电效
应的理论解释和对理论
物理学的贡献获得1921
年诺贝尔物理学奖
。
密立根由于研究基本电荷和 光电效应，特别是通过著名 的油滴实验，证明电荷有最 小单位。获得1923年诺贝尔 物理学奖
20
1、光电效应的实验结论是：对于某种金属( AD )
A．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不 能产生光电效应 B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产 生光电效应 C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电 子的最大初动能就越小 D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电 子的最大初动能就越大
德布罗意公式：v
h
h
P
德布罗意 法国物理 学家
28
2. 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。
阴极 栅极
多晶 薄膜
K
G
Cs
1927年 G.P.汤姆逊（J.J. U
汤姆孙之子） 也独立完成了
高压
屏P
电子衍射实验。与 C.J.戴维森
共获 1937 年诺贝尔物理学奖。
碰撞前
碰撞后
25
六、光子的能量与动量
E mc2 E h
m h
1
对光学的研究
从很早就开始了… …
17世纪明确形成 了两大对立学说
牛顿 微粒说
由于波动说没有 数学基础以及牛 顿的威望使得微 粒说一直占上风
19世纪初证明了 波动说的正确性
19世纪末光电效应现象使得 爱因斯坦在20世纪初提出了 光子说：光具有粒子性
惠更斯 波动说
2
一、光电效应现象
19
爱因斯坦由于对光电效
应的理论解释和对理论
物理学的贡献获得1921
年诺贝尔物理学奖
。
密立根由于研究基本电荷和 光电效应，特别是通过著名 的油滴实验，证明电荷有最 小单位。获得1923年诺贝尔 物理学奖
20
1、光电效应的实验结论是：对于某种金属( AD )
A．无论光强多强，只要光的频率小于极限频率就不 能产生光电效应 B．无论光的频率多低，只要光照时间足够长就能产 生光电效应 C．超过极限频率的入射光强度越弱，所产生的光电 子的最大初动能就越小 D．超过极限频率的入射光频率越高，所产生的光电 子的最大初动能就越大
德布罗意公式：v
h
h
P
德布罗意 法国物理 学家
28
2. 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。
阴极 栅极
多晶 薄膜
K
G
Cs
1927年 G.P.汤姆逊（J.J. U
汤姆孙之子） 也独立完成了
高压
屏P
电子衍射实验。与 C.J.戴维森
共获 1937 年诺贝尔物理学奖。
碰撞前
碰撞后
25
六、光子的能量与动量
E mc2 E h
m h
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
λ
(2)、实物粒子的波粒二象性 、
质量为m的粒子，以速度v运动时， 质量为m的粒子，以速度v运动时，不但具有粒 子的性质，也具有波动的性质； 子的性质，也具有波动的性质； 粒子性 二者通过h来联系 二者通过h
2
波动性 h
E
E = mc = hν
在
P
ν λ
P = mv = h
λ
时c v ~ ，考虑相对论
U = 10V, λ = 0.39nm U = 100V, λ = 0.123nm U = 1000V, λ = 0.039nm
与x射线的波长相当
一些粒子的物质波波长
粒 子 电子 中子 He原子 He原子 子弹 地球 已知条件
E k =100ev
物质波波长
λ = 1.23 ×10−10 m
E k = 1 ev
波动性--它能在空间表现出干涉、 波动性 它能在空间表现出干涉、衍射等波动现
具有一定的波长、频率。 象，具有一定的波长、频率。 --是指它具有集中的不可分割的性质 是指它具有集中的不可分割的性质。 粒子性--是指它具有集中的不可分割的性质。 一颗光子就是集中的不可分割的一颗， 一颗光子就是集中的不可分割的一颗，它具有 能量、动量与质量。 能量、动量与质量。 v
h λ= = 1.3 ×10 − 25 nm 2mEk
在微观上， （2）在微观上，电子的德布罗意波长 加速电势差为 U，则
1 2 m0v = eU, 2
v=
2eU m0
2Ek v= m0
h h h 1 λ= = = ⋅ m0v 2eUm0 2em0 U
λ=
1.226 U
nm
可获得电子在不同电压下的波长
从经典物理看来，简直是荒谬和不可思议，看来 从经典物理看来，简直是荒谬和不可思议， 提出这种想法没有一定的气魄是不行的。 提出这种想法没有一定的气魄是不行的。德布罗 意回忆说： 我当时只不过是一种想法， 意回忆说：“我当时只不过是一种想法，不过尚 没有诞生，而且觉得这种想法不敢讲出去” 没有诞生，而且觉得这种想法不敢讲出去”。 事实上德布罗意提出以上想法后，也没有被大家接受， 事实上德布罗意提出以上想法后，也没有被大家接受， 直到他的导师朗之万将其论文的复制品交给爱因斯坦， 直到他的导师朗之万将其论文的复制品交给爱因斯坦， 爱因斯坦称赞他“揭开了大幕的一角” 爱因斯坦称赞他“揭开了大幕的一角”才引起学术界的 重视，并研究如何从实验上去验证。 重视，并研究如何从实验上去验证。
不仅辐射具有二象性， 不仅辐射具有二象性，而且一切实物粒子 也具有二象性。 也具有二象性。
注意：这一假设建立了对实物粒子的一种新的图象， 注意：这一假设建立了对实物粒子的一种新的图象，这种图
象既允许它表现微粒性，又允许它表现出波动性。 象既允许它表现微粒性，又允许它表现出波动性。这种波称为 物质波” 德布罗意波” “物质波”或“德布罗意波”。
λ = 0.29 ×10−10 m
T=100 K
m = 0.01kg v = 300m.s −1
m = 5.98 × 10 24 kg v 公 转 = 29.8 km .s − 1
λ = 0.75 ×10−10 m
λ = 2.21× 10−34 m
λ = 3.72 ×10−63 m
五 、德布罗意波的实验验证
2 4
联解上二方程
1 可得P = Ek ( Ek + 2m0 c 2 ) c
相对论形式 非相对论形式
若Ek << 2m0 c 2 , 则p = 2m0 Ek
h 再代入 λ =Байду номын сангаасp
四、物质波数量级概念
在宏观上，如飞行的子弹m=10 Kg， （1）在宏观上，如飞行的子弹m=10-2Kg，速度 V=5.0× V=5.0×102m/s 对应的德布罗意波长为： 对应的德布罗意波长为： 太小测不到！
v E X
Yv
波动
u
Z
光子
H 如此截然不同的图象却集中于一体， 如此截然不同的图象却集中于一体， ---世界真奇妙 很难想象！ 很难想象！ 世界真奇妙
光的波粒二象性引起了法国Lous De Broglie的思考 光的波粒二象性引起了法国 的思考
二、德布罗意假设 、德布罗意波
1、德布罗意假设
德布罗意觉得自然界在很多方面是对称的， 德布罗意觉得自然界在很多方面是对称的，但 整个世纪以来， 整个世纪以来，人们对光的研究是否过多地注 意到了它们的波动性；而对实物粒子（ 意到了它们的波动性；而对实物粒子（静止质 量不为零的微观粒子及由它们组成的实物） 量不为零的微观粒子及由它们组成的实物）的 研究， 研究，又是否把粒子的图象想得过多而忽略了 它们的波的图象呢！1922年他的这种思想进一 它们的波的图象呢！1922年他的这种思想进一 步升华，经再三思考，1924年 Broglie在 步升华，经再三思考，1924年，De Broglie在 他的博士论文“量子论研究” 他的博士论文“量子论研究”中，大胆地提出 了如下假设： 了如下假设：
2emU 0
54
可与晶面间距d=0.91埃 可与晶面间距d=0.91埃 d=0.91 相比拟
。
2、用布喇格公式计算电子波长（对一级衍射极大，k=1) 、用布喇格公式计算电子波长（对一级衍射极大，
2d sin ϕ = kλ
λ = 2d sinϕ =1.65 A
2）汤姆逊实验 ） 年汤姆逊（ P Thomson Thomson） 600伏慢电子 1927 年汤姆逊（G·P·Thomson）以600伏慢电子 =0.5Å）射向铝箔，也得到了像X （λ=0.5 ）射向铝箔，也得到了像X射线衍射一 样的衍射，再次发现了电子的波动性。 样的衍射，再次发现了电子的波动性。 1937年戴维逊与GP汤姆逊共获当年诺贝尔奖 1937年戴维逊与GP汤姆逊共获当年诺贝尔奖 年戴维逊与GP Thomson为电子发现人 Thmson的儿子 （G·P·Thomson为电子发现人J·J·Thmson的儿子） P Thomson为电子发现人J J Thmson的儿子） 尔后又发现了质子、 尔后又发现了质子、中子的衍射
×6.17×10
−1
−21
= 4.55×10 m⋅ kg ⋅ s
h −10 λ = =1.46×10 m =14.6 nm p
的电压加速电子 例2： 用5×104V的电压加速电子，求电子的速度和 德布罗意波长. 德布罗意波长.
解: 因加速电压大，应考虑相对论效应. 加速电压大，应考虑相对论效应.
Ek = mc − moc = moc (
汤姆逊电子衍射实验
电子枪
电子束 铝箔 屏
600eV的电子束穿过铝箔形成的 的电子束穿过铝箔形成的 电子衍射花样。 电子衍射花样。
3）电子双缝实验
1961年琼森（ Jönsson nsson） 1961年琼森（Claus J nsson）将一束电子加速 年琼森 50Kev 让其通过一缝宽为a=0.5 Kev， a=0.5× 到50Kev，让其通过一缝宽为a=0.5×10-6m，间 隔为d=2.0 d=2.0× 的双缝,当电子撞击荧光屏时, 隔为d=2.0×10-6m的双缝,当电子撞击荧光屏时, 发现了类似于双缝衍射的实验结果. 发现了类似于双缝衍射的实验结果.
戴维逊---革末实验 1）戴维逊--革末实验 1923年Clnton Davisson发表了慢电子从铂片反射的角分布 年 发表了慢电子从铂片反射的角分布 实验情况， 实验情况，他发现弹性反射电子束强度在某些角度出现了 极大值。玻恩（ 极大值。玻恩（Born）认为是一种干涉现象，可能与德布 ）认为是一种干涉现象， 罗意波有关，这引起了戴维逊和革末（ 罗意波有关，这引起了戴维逊和革末（Lester Germer）继 ） 续对慢电子在镍单晶表面散射进行研究。 续对慢电子在镍单晶表面散射进行研究。
但什么是德布罗意波呢? 但什么是德布罗意波呢
2、德布罗意波
(1)、光子的波粒二象性 、
粒子性 （具有能量） ε 具有能量） （具有动量） p 具有动量） h
2
波动性 具有频率） ν （具有频率） 具有波长） λ （具有波长）
ε = mc = hν
p = mc = h
光子的波动性二者通过 h来联系 推广： 推广： 实物粒子也具有波粒二象性
大量电子一次性的行为
计算25℃ 25℃时 慢中子的德布罗意波长。 例1. 计算25℃时，慢中子的德布罗意波长。 解
3 3 −23 −21 ε = kT = ×1.38×10 × 298 = 6.17×10 J 2 2
1 2 ε = mv 2 p = mv = 2mε
= 2×1.67×10
−24
−27
∴υ=1.24×108(m/s)
2
2
2
1 1−υ2 / c2
−1) = 5×104eV
mo=9.11×10-31 (kg)
m=
mo 1− 2 c
υ2
=10×10-31 (kg)
h λ= =0.0535Å mυ
15.4 粒子的波动性
引言:半经典半量子的玻尔理论存在局限, 引言:半经典半量子的玻尔理论存在局限,看来是建立新
理论的时候了,但新理论是什么呢? 理论的时候了,但新理论是什么呢?
一、光的波粒二象性
世纪后半期，电磁理论成功地解释了光的干涉、 19 世纪后半期，电磁理论成功地解释了光的干涉、 衍射、偏振等现象，建立了光的波动图象, 衍射、偏振等现象，建立了光的波动图象, 但到了廿世 纪初，人们为解释光电效应、康普顿效应， 纪初，人们为解释光电效应、康普顿效应，又不得不将 光当作微粒来处理。尤其爱因斯坦提出了光子的概念， 光当作微粒来处理。尤其爱因斯坦提出了光子的概念， 的关系后， 建立了 hν 的关系后，更使人认识到光是具有波粒二 象性的东西。 象性的东西。