物理粒子的波動(dòng)性

物理粒子的波動(dòng)性第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六一、光的波粒二象性問：光的本質(zhì)是什么？答：光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性，即光具有波粒二象性。h架起了粒子性與波動(dòng)性之間的橋梁。第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六ABS1、孔較大時(shí)——屏上出現(xiàn)清晰的光斑2、孔較小時(shí)——屏上出現(xiàn)衍射花樣圓孔衍射第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六ABS1、孔較大時(shí)——屏上出現(xiàn)清晰的光斑2、孔較小時(shí)——屏上出現(xiàn)衍射花樣圓孔衍射第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六激光束調(diào)節(jié)狹縫寬窄狹縫像屏

取一個(gè)不透光的屏，在它的中間裝上一個(gè)寬度可以調(diào)節(jié)的狹縫，在縫后適當(dāng)距離處放一個(gè)像屏，用平行的單色光照射。調(diào)節(jié)的狹縫的寬窄，如果能在光屏上觀察到比狹縫的寬度寬得多的亮區(qū)，就證明了光的衍射現(xiàn)象存在。第5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六不同單色光的雙縫圖樣干涉比較紅光藍(lán)光第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六德布羅意(duedeBroglie,1892-1960)

法國物理學(xué)家，1929年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠基人之一。他認(rèn)為，“整個(gè)世紀(jì)以來（指19世紀(jì)）在光學(xué)中比起波動(dòng)的研究方法來，如果說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)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”第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六二、粒子的波動(dòng)性德布羅意提出：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性。每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的粒子都與一個(gè)對應(yīng)的波相聯(lián)系，和光子一樣，遵從如下關(guān)系：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),其波長稱為德布羅意波長。第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六三、物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1927年，Davisson和Thomson進(jìn)行了電子衍射實(shí)驗(yàn)。（該實(shí)驗(yàn)榮獲1937年Nobel物理學(xué)獎(jiǎng)）X射線經(jīng)晶體的衍射圖電子射線經(jīng)晶體的衍射圖后來的實(shí)驗(yàn)證明原子、分子、中子等微觀粒子也具有波動(dòng)性。第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六一切實(shí)物粒子都有波動(dòng)性

后來，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)系。一顆子彈、一個(gè)足球有沒有波動(dòng)性呢？

質(zhì)量m=0.01kg，速度v=300m/s的子彈的德布洛意波長為計(jì)算結(jié)果表明，子彈的波長小到實(shí)驗(yàn)難以測量的程度。所以，宏觀物體只表現(xiàn)出粒子性。第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六由光的波粒二象性的思想推廣到微觀粒子和任何運(yùn)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應(yīng)，該波的波長λ=?！纠?】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。解：估計(jì)一個(gè)中學(xué)生的質(zhì)量m≈50kg，百米跑時(shí)速度v≈7m/s，則由計(jì)算結(jié)果看出，宏觀物體的物質(zhì)波波長非常小，所以很難表現(xiàn)出其波動(dòng)性。第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六例題2

(1)電子動(dòng)能Ek=100eV；(2)子彈動(dòng)量p=6.63×106kg.m.s-1,求德布羅意波長。

解

(1)因電子動(dòng)能較小，速度較小，可用非相對論公式求解。=1.23?(2)子彈:h=6.63×10-34=1.0×10-40m可見，只有微觀粒子的波動(dòng)性較顯著；而宏觀粒子(如子彈)的波動(dòng)性根本測不出來。第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六一個(gè)質(zhì)量為m的實(shí)物粒子以速率v運(yùn)動(dòng)時(shí)，即具有以能量E和動(dòng)量P所描述的粒子性，同時(shí)也具有以頻率n和波長l所描述的波動(dòng)性。德布羅意關(guān)系如速度v=5.0102m/s飛行的子彈，質(zhì)量為m=10-2Kg，對應(yīng)的德布羅意波長為：如電子m=9.110-31Kg，速度v=5.0107m/s,對應(yīng)的德布羅意波長為：太小測不到！X射線波段第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六再見第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六L.V.德布羅意電子波動(dòng)性的理論研究1929諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六C.J.戴維孫通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)晶體對電子的衍射作用1937諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六1927年湯姆遜（G·P·Thomson）以600伏慢電子（=0.5?）射向鋁箔，也得到了像X射線衍射一樣的衍射，再次發(fā)現(xiàn)了電子的波動(dòng)性。1937年戴維遜與GP湯姆遜共獲當(dāng)年諾貝爾獎(jiǎng)（G·P·Thomson為電子發(fā)現(xiàn)人J·J·Thmson的兒子）爾后又發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子、中子的衍射2）湯姆遜實(shí)驗(yàn)第21頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六湯姆遜電子衍射實(shí)驗(yàn)電子束鋁箔屏電子槍600eV的電子束穿過鋁箔形成的電子衍射花樣。第22頁，共23頁，2023年，2月20日，星期六3）電子雙縫實(shí)驗(yàn)1961年瓊森（ClausJ?