嶄新的一頁(yè) 粒子的波動(dòng)性

1、17.3嶄新的一頁(yè)：粒子的波動(dòng)性教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能：、知識(shí)與技能： 了解光的波粒二象性；了解粒子的波動(dòng)性了解光的波粒二象性；了解粒子的波動(dòng)性2、過程與方法：、過程與方法： 培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析能力。培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析能力。3、情感態(tài)度與價(jià)值觀：、情感態(tài)度與價(jià)值觀： 培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，正確地獲取知識(shí)的方培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，正確地獲取知識(shí)的方法。法。【重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)難點(diǎn)】 1、重點(diǎn)：粒子波動(dòng)性的理解、重點(diǎn)：粒子波動(dòng)性的理解 2、難點(diǎn)：對(duì)德布羅意波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、難點(diǎn)：對(duì)德布羅意波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 德布羅意波德布羅意波 波粒二象性波粒二象性1、德布羅意波（物質(zhì)波）、德布羅意波（物質(zhì)波）

2、 De . Broglie 1923年發(fā)表了題為年發(fā)表了題為“波和粒子波和粒子”的的論文，提出了物質(zhì)波的概念。論文，提出了物質(zhì)波的概念。 他認(rèn)為，他認(rèn)為，“整個(gè)世紀(jì)以來(lái)（指整個(gè)世紀(jì)以來(lái)（指19世紀(jì)）在光學(xué)中比世紀(jì)）在光學(xué)中比起波動(dòng)的研究方法來(lái)，如果說(shuō)是過于忽視了粒子的研究起波動(dòng)的研究方法來(lái)，如果說(shuō)是過于忽視了粒子的研究方法的話，那末在實(shí)物的理論中，是否發(fā)生了相反的錯(cuò)方法的話，那末在實(shí)物的理論中，是否發(fā)生了相反的錯(cuò)誤呢？是不是我們把粒子的圖象想得太多，而過分忽略誤呢？是不是我們把粒子的圖象想得太多，而過分忽略了波的圖象呢了波的圖象呢” 一、德布羅意的物質(zhì)波一、德布羅意的物質(zhì)波德布羅意德布羅意 (

3、due de Broglie, 1892-1960) 德布羅意原來(lái)學(xué)習(xí)歷史，后來(lái)改學(xué)德布羅意原來(lái)學(xué)習(xí)歷史，后來(lái)改學(xué)理論物理學(xué)。他善于用歷史的觀點(diǎn)，用理論物理學(xué)。他善于用歷史的觀點(diǎn)，用對(duì)比的方法分析問題。對(duì)比的方法分析問題。 1923年，德布羅意試圖把粒子性和年，德布羅意試圖把粒子性和波動(dòng)性統(tǒng)一起來(lái)。波動(dòng)性統(tǒng)一起來(lái)。1924年，在博士論文年，在博士論文關(guān)于量子理論的研究關(guān)于量子理論的研究中提出德布羅中提出德布羅意波意波,同時(shí)提出用電子在晶體上作衍射實(shí)同時(shí)提出用電子在晶體上作衍射實(shí)驗(yàn)的想法。驗(yàn)的想法。 愛因斯坦覺察到德布羅意物質(zhì)波思愛因斯坦覺察到德布羅意物質(zhì)波思想的重大意義，譽(yù)之為想的重大意義，譽(yù)

4、之為“揭開一幅大幕揭開一幅大幕的一角的一角”。法國(guó)物理學(xué)家，法國(guó)物理學(xué)家，1929年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)得者，波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠始人，量子力學(xué)的奠基人之一?；酥弧?能量為能量為E、動(dòng)量為、動(dòng)量為p的粒子與頻率為的粒子與頻率為v、波、波長(zhǎng)為長(zhǎng)為 的波相聯(lián)系，并遵從以下關(guān)系：的波相聯(lián)系，并遵從以下關(guān)系：E=mc2=hv 這種和實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波這種和實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波(物質(zhì)波或概率波物質(zhì)波或概率波),其波長(zhǎng)其波長(zhǎng) 稱為德布羅意波長(zhǎng)。稱為德布羅意波長(zhǎng)。hmvp=一切實(shí)物粒子都有波動(dòng)性一切實(shí)物粒子都有波動(dòng)性 后來(lái)，大量實(shí)驗(yàn)都證

5、實(shí)了：質(zhì)子、中子和原子、分后來(lái)，大量實(shí)驗(yàn)都證實(shí)了：質(zhì)子、中子和原子、分子等實(shí)物微觀粒子都具有波動(dòng)性，并都滿足德布洛意關(guān)子等實(shí)物微觀粒子都具有波動(dòng)性，并都滿足德布洛意關(guān)系。系。一顆子彈、一個(gè)足球有沒有波動(dòng)性呢？一顆子彈、一個(gè)足球有沒有波動(dòng)性呢？ 質(zhì)量質(zhì)量 m = 0.01kg，速度，速度 v = 300 m/s 的子彈的德布洛意的子彈的德布洛意波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為 計(jì)算結(jié)果表明，子彈的波長(zhǎng)小到實(shí)驗(yàn)難以測(cè)量的程度。計(jì)算結(jié)果表明，子彈的波長(zhǎng)小到實(shí)驗(yàn)難以測(cè)量的程度。所以，宏觀物體只表現(xiàn)出粒子性。所以，宏觀物體只表現(xiàn)出粒子性。由光的波粒二象性的思想推廣到微觀粒子和任何運(yùn)由光的波粒二象性的思想推廣到微觀粒子和任何

6、運(yùn)動(dòng)著的物體上去，得出物質(zhì)波（德布羅意波）的概動(dòng)著的物體上去，得出物質(zhì)波（德布羅意波）的概念：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，念：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，該波的波長(zhǎng)該波的波長(zhǎng)= 。 ph/【例例1】試估算一個(gè)中學(xué)生在跑百米時(shí)的德布羅意試估算一個(gè)中學(xué)生在跑百米時(shí)的德布羅意波的波長(zhǎng)。波的波長(zhǎng)。 解：估計(jì)一個(gè)中學(xué)生的質(zhì)量解：估計(jì)一個(gè)中學(xué)生的質(zhì)量m50kg ，百米跑，百米跑時(shí)速度時(shí)速度v7m/s ，則，則由計(jì)算結(jié)果看出，宏觀物體的物質(zhì)波波長(zhǎng)非常小，所以很難由計(jì)算結(jié)果看出，宏觀物體的物質(zhì)波波長(zhǎng)非常小，所以很難表現(xiàn)出其波動(dòng)性。表現(xiàn)出其波動(dòng)性。mmph3634109 . 175010

7、63. 6= 例題例題2 (1)電電子動(dòng)能子動(dòng)能Ek=100eV；(2)子彈動(dòng)量子彈動(dòng)量p=6.63106kg.m.s-1, 求德布羅意波長(zhǎng)。求德布羅意波長(zhǎng)。 解解 (1)因因電電子動(dòng)能較小，速度較小，可用非相對(duì)子動(dòng)能較小，速度較小，可用非相對(duì)論公式求解。論公式求解。2410452 = = = =.mEmpk61093. 5=phmh= = = =1.23(2)子彈子彈:ph= = h= 6.6310-34= 1.010-40m 可見，只有微觀粒子的波動(dòng)性較顯著；而宏觀可見，只有微觀粒子的波動(dòng)性較顯著；而宏觀粒子粒子(如子彈如子彈)的波動(dòng)性根本測(cè)不出來(lái)。的波動(dòng)性根本測(cè)不出來(lái)。,22122mpm

8、Ek= = = 一個(gè)質(zhì)量為一個(gè)質(zhì)量為m的實(shí)物粒子以速率的實(shí)物粒子以速率v 運(yùn)動(dòng)時(shí)，即具有以能運(yùn)動(dòng)時(shí)，即具有以能量量E和動(dòng)量和動(dòng)量P所描述的粒子性，同時(shí)也具有以頻率所描述的粒子性，同時(shí)也具有以頻率n n和波長(zhǎng)和波長(zhǎng) 所描述的波動(dòng)性所描述的波動(dòng)性。hE=nPh德布羅意關(guān)系德布羅意關(guān)系如速度如速度v=5.0 102m/s飛行的子飛行的子彈，質(zhì)量為彈，質(zhì)量為m=10-2Kg，對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)為：德布羅意波長(zhǎng)為：nmmvh25103 . 1 = = = 如電子如電子m=9.1 10-31Kg，速，速度度v=5.0 107m/s, 對(duì)應(yīng)的德對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)為：布羅意波長(zhǎng)為：nmmvh2104 .

9、 1 = = = 太小測(cè)不到！太小測(cè)不到！X射線射線波段波段2、戴維遜革末實(shí)驗(yàn)、戴維遜革末實(shí)驗(yàn) 1927年，年，Davisson和和Germer 進(jìn)行了電子衍射實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行了電子衍射實(shí)驗(yàn)。 （該實(shí)驗(yàn)榮獲（該實(shí)驗(yàn)榮獲19371937年年Nobel Nobel 物理學(xué)獎(jiǎng)）物理學(xué)獎(jiǎng)）戴維遜戴維遜-革末實(shí)驗(yàn)革末實(shí)驗(yàn)電子衍射實(shí)驗(yàn)電子衍射實(shí)驗(yàn) 電子束垂直入射電子束垂直入射到鎳單晶的水平面上，到鎳單晶的水平面上，在在 散射方向散射方向上探測(cè)到一個(gè)強(qiáng)度極上探測(cè)到一個(gè)強(qiáng)度極大。大。 （可用晶體對(duì)（可用晶體對(duì)X射線的衍射方法來(lái)分射線的衍射方法來(lái)分析）析） = = 50L.V.L.V.德布羅意德布羅意 電子波動(dòng)性的理電子波動(dòng)性的理論研究論研究1929諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) C.J.戴維孫戴維孫 通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)晶體通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)晶體對(duì)電子的衍射作用對(duì)電子的衍射作用1937諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)X射線經(jīng)晶體的衍射圖射線經(jīng)晶體的衍射圖電子射線經(jīng)晶體的衍射圖電子射線經(jīng)晶體的衍射圖類似的實(shí)驗(yàn)： 19271927年，年，湯姆遜電子衍射實(shí)驗(yàn)湯姆遜電子衍射實(shí)驗(yàn) 19601960年，年，C.JonsonC.Jonson 的的電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn) 后來(lái)的實(shí)驗(yàn)證明原子、分子、中子等微觀粒后來(lái)