17.3-粒子的波动性

问题：回顾前面的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程？17.3粒子的波动性光的本性1672牛顿微粒说T/年惠更斯波动说1690麦克斯韦电磁说18641905爱因斯坦光子说波动性粒子性1801托马斯·杨双缝干涉实验1814菲涅耳衍射实验赫兹电磁波实验1888赫兹发现光电效应牛顿微粒说占主导地位波动说渐成真理……….hEhP动量和能量是描述粒子性的,频率和波长则是用来描述波动性的.h架起了粒子性和波动性之间的桥梁。一.光的波粒二象性光既具有波动性,又具有粒子性,即光具有波粒二象性.光子的能量光子的动量实物粒子有无波动性呢？德布罗意原来学习历史，后来改学理论物理学。他善于用历史的观点，用对比的方法分析问题。他认为，“整个世纪以来（指19世纪）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象想得太多，而忽略了波的现象”他提出假设:实物粒子也具有波动性德布罗意法国物理学家，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。二.粒子的波动性能量为ε、动量为p的粒子与频率为v、波长为的波相联系，并遵从以下关系：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称为德布罗意波长。V=ε/h=h/p宏观物体的波长比微观粒子的波长小得多，这在生活中很难找到能发生衍射的障碍物，所以我们并不认为它有波动性．作为微观粒子的电子，其德布罗意波波长为10－10m数量级，找与之相匹配的障碍物也非易事．三.物质波的实验验证实验验证的思路：光的干涉和衍射现象是光具有波动性的有力证据。因此，如果电子、质子等实物粒子也真具有波动性，那么它们就应该像光波那样也能发生干涉和衍射。在伦琴射线的研究中找到突破，证实伦琴射线是电磁波，考虑到电子的德布罗意波长与伦琴射线的波长具有相近的数量级，1927年戴维孙和汤姆孙分别利用晶体进行了电子束衍射实验，从而证实了电子的波动性．说明电子具有波粒二象性．他们为此获1937年诺贝尔物理学奖。电子束穿过铝箔后的衍射图像除了电子以外，后来还陆续证实了质子，中子，以及原子的波动性。类似的实验：1927年，汤姆逊电子衍射实验1960年，电子双缝干涉实验后来的实验证明原子、分子、中子等微观粒子也具有波动性。德布罗意公式成为揭示微观粒子波粒二象性的统一性的基本公式.X射线衍射电子衍射1927年，G.P.汤姆孙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。NaCl晶体的中子衍射UO2晶体的电子衍射微观粒子具有波粒二象性的理论得到了公认。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。子弹:质量为m=10-2Kg,速度v=5.0102m/s，对应的德布罗意波长为：nmmvh25103.1电子:质量为m=9.110-31Kg，速度v=5.0107m/s,对应的德布罗意波长为：nmmvh2104.1太小测不到！宏观物体波动性不明显X射线波段微观粒子波动性明显对德布罗意物质波的理解1．任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳都存在波动性，我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．2．德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波．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，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．1、光学显微镜的原理使用无限远光学系统的显微镜主要由物镜、管镜和目镜组成。标本经物镜和管镜放大后，形成放大倒立的实象；实象经目镜再次放大后，形成放大的虚象。2、电子显微镜的原理电子显微镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。光学显微镜扫描式电子显微镜电子显微镜课堂小结光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。光子的能量与动量之间的关系：ε=hγP=h/λ两式的物理量ε和p描述光的粒子性，γ和λ描述光的波动性。实物粒子也具有波动性一个能量为E、动量为p的实物粒子同时具有波动性，动量为P的粒子波长：Ph频率:h这种与实物粒子相联系的波后来称为德布罗意波，也叫物质波。mvhph物质波波长：为德布罗意波长，h为普朗克常量，p为粒子动量。１.下列说法正确的是()A．有的光是波，有的光是粒子B．光子与电子是同样的一种粒子C．光的波长越长，其波动性越显著；波长越短，其粒子性越显著D．γ射线具有显著的粒子性，不具有波动性解析：选C.光同时具有波动性和粒子性，只是在有的情况下波动性更显著，有的情况下粒子性更显著．波长越长，波动性就更显著，粒子性就越不明显，波长越短，粒子性就更显著，波动性就越不明显，只有C选项正确．变式训练2根据物质波理论，以下说法中正确的是()A．微观粒子有波动性，宏观物体没有波动性B．宏观物体和微观粒子都具有波动性C．宏观物体的波动性不易被人观察到是因为它的波长太长D．速度相同的质子和电子相比，电子的波动性更为明显解析：选BD.一切运动的物体都有一种物质波与它对应，所以宏观物体和微观粒子都具有波动性，A选项错误，B选项正确．宏观物体的物质波波长很短，不易观察到它的波动性，所以C选项错误．速度相同的质子与电子相比，电子质量小，物质波波长更长，所以电子波动性更明显，所以D选项正确．一质量为450g的足球以10m/s的速度在空中飞行；一个初速度为零的电子，通过电压为100V的电场加速．试分别计算它们的德布罗意波长．其中，电子质量为9.1×10－31kg，普朗克常量h＝6.63×10－34J·s.物质波的理解与计算例2物体的动量p＝mv，其德布罗意波长λ＝hp＝hmv.足球的德布罗意波长λ1＝hm1v1＝6.63×10－34450×10－3×10m＝1.47×10－34m.电子经电场加速后，速度增加为v2，根据动能定理12m2v22＝eU，p2＝m2v2＝2m2eU该电子的德布罗意波长λ2＝hp2＝h2m2eU＝6.63×10－342×9.1×10－31×1.6×10－19×100m≈1.2×10－10m.【答案】1.47×10－34m1.2×10－10m【方法总结】(1)一切运动的物体都具有波动性；(2)宏观物体质量大动量大，波长极小，难观测，但不能认为没有波动性．