实物粒子的波粒二象性PPT课件下载推荐.ppt

1、放弃试图用阴极射线管做这个实验，没有成功！放弃了。了。为此，他的导师郎之万将论文副本寄给了爱因为此，他的导师郎之万将论文副本寄给了爱因斯坦。斯坦。2 “厚幕的一角被德布罗意揭开了。厚幕的一角被德布罗意揭开了。M.M.德布罗意的德布罗意的弟弟做了一项很有意义的工作弟弟做了一项很有意义的工作我相信，这是对物我相信，这是对物理之谜中最棘手的一个谜投下了第一道微弱的光芒。理之谜中最棘手的一个谜投下了第一道微弱的光芒。”爱因斯坦爱因斯坦 爱因斯坦爱因斯坦没想到我提出的波粒二象性观没想到我提出的波粒二象性观念，在德布罗意手里发展得如念，在德布罗意手里发展得如此丰富，竟扩展到了运动的粒此丰富，竟扩展到了运动

2、的粒子。子。321.4 德布罗意假设德布罗意假设德布罗意假设德布罗意假设 电子衍射实验电子衍射实验电子衍射实验电子衍射实验光具有粒子性，又具有波动性。光具有粒子性，又具有波动性。光子能量和动量为：一、德布罗意物质波的假设一、德布罗意物质波的假设41924年，德布罗意大胆地设想，波粒二象性不是年，德布罗意大胆地设想，波粒二象性不是光所特有的，光所特有的，一切实物粒子也具有波粒二象性一切实物粒子也具有波粒二象性。实物粒子实物粒子：静止质量不为零的那些微观粒子，如原：静止质量不为零的那些微观粒子，如原子、电子、中子等。子、电子、中子等。粒子性：主要是指它具有集中的不可分割的特性。波动性：它能在空间表

3、现出干涉、衍射等波动现象，它能在空间表现出干涉、衍射等波动现象，具有一定的波长、频率。具有一定的波长、频率。实物粒子的波称为实物粒子的波称为德布罗意波德布罗意波或或物质波物质波，物质波，物质波的波长称为的波长称为德布罗意波长德布罗意波长。5德布罗意波长为：德布罗意波长为：若若考虑相对论效应，考虑相对论效应，则：则：若若 c 时，时，不不考虑相对论效应考虑相对论效应，则：，则：德布罗意公式德布罗意公式质量为质量为m、速率为、速率为 的自由粒子，一方面可用的自由粒子，一方面可用能能量量E和和动量动量P来描述它的来描述它的粒子性粒子性；另一方面可用；另一方面可用频率频率 和和波长波长 来描述它的来描

4、述它的波动性。波动性。它们之间的关系为：6德布罗意德布罗意（Louis Victor due de Broglie,1892-1960）德布罗意原来学习历史，德布罗意原来学习历史，后来改学理论物理学。他善于后来改学理论物理学。他善于用历史的观点，用对比的方法用历史的观点，用对比的方法分析问题。分析问题。法国物理学家，法国物理学家，1929年年诺贝尔物诺贝尔物理学奖获得者，理学奖获得者，波动力学的创始波动力学的创始人，量子力学的人，量子力学的奠基人之一。奠基人之一。1923年年他提出电子既具有他提出电子既具有粒子性又具有波动性。粒子性又具有波动性。1924年年正式发表一切物质都具有波粒正式发表一

5、切物质都具有波粒二象性的论述。并建议用电子二象性的论述。并建议用电子在晶体上做衍射实验来验证。在晶体上做衍射实验来验证。1927年年被实验证实。被实验证实。爱因斯坦觉察到德布罗意爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义，誉之物质波思想的重大意义，誉之为为“揭开一幅大幕的一角揭开一幅大幕的一角”。7如：如：速度速度=5.0 102m/s飞行的飞行的子弹子弹，质量为，质量为m=10-2Kg，对应的德布罗意波长为：对应的德布罗意波长为：电子电子m=9.1 10-31Kg，速度速度=5.0 107m/s，对应的德布罗意波长为：太小测不到！X射线射线波段波段宏观物体的波动性不必考虑，只考虑其粒子性。宏

6、观物体的波动性不必考虑，只考虑其粒子性。8 例：例：静止的电子经电场加速，加速电势差为静止的电子经电场加速，加速电势差为U，速度，速度 c。求：德布罗意波长德布罗意波长。不考虑相对论效应不考虑相对论效应解：解：要观察电子的波性，必须利用晶体进行类似要观察电子的波性，必须利用晶体进行类似于于X射线的衍射实验。射线的衍射实验。9例：试计算动能分别为试计算动能分别为100eV、1keV、1MeV、1GeV的的电子的德布罗意波长。电子的德布罗意波长。电子静能电子静能 E0=m0c2=0.51MeV解：由相对论公式：得：代入德布罗意公式代入德布罗意公式 ，有，有:若若 则则:若若 则：10（1）当当EK

7、=100eV时，电子静能时，电子静能 E0=m0c2=0.51MeV，有：有：（2）当当EK=1keV 时，时，有：1、2两个结两个结果，电子的果，电子的波长均与波长均与X射线的波长射线的波长相当。相当。（3）当当EK=1MeV 时，有：时，有：（4）当当EK=1GeV 时，时，有，有:11戴维孙戴维孙 革末电子衍射实验（革末电子衍射实验（1927年）年）二、二、二、二、电子衍射实验电子衍射实验电子衍射实验电子衍射实验检测器检测器电子束电子束散散射射线线电子被镍晶体衍射实验电子被镍晶体衍射实验MK电子枪电子枪 实验发现，电子束实验发现，电子束强度并不随加速电压而强度并不随加速电压而单调变化，而

8、是出现一单调变化，而是出现一系列峰值。系列峰值。12相相对对强强度度10 205030 4060 70 800衍射角衍射角镍晶体镍晶体:电子波的波长电子波的波长理论值为理论值为：D实验结果实验结果:13电电子子束束与多晶材料的与多晶材料的德拜德拜 x 射线衍射图样对比（波长相同）射线衍射图样对比（波长相同）x射射线线 汤姆逊和戴维逊则因证实电子具汤姆逊和戴维逊则因证实电子具有波动性而分享了有波动性而分享了1937年的诺贝尔物年的诺贝尔物理学奖。理学奖。1929年，德布罗意因提出电子的年，德布罗意因提出电子的波动性获诺贝尔物理学奖。波动性获诺贝尔物理学奖。汤姆逊汤姆逊14 接着接着约恩逊约恩逊于

9、于1961年年成功地获得了电子束的成功地获得了电子束的单缝衍射、双缝干涉等实验。单缝衍射、双缝干涉等实验。光的杨氏双缝干涉图样光的杨氏双缝干涉图样单缝单缝双缝双缝三缝三缝四缝四缝电子双缝干涉图样电子双缝干涉图样大量实验证实除电子外，中子、质子以及原子、大量实验证实除电子外，中子、质子以及原子、分子等都具有波动性，且符合德布罗意公式。分子等都具有波动性，且符合德布罗意公式。一切微观粒子都具有波动性一切微观粒子都具有波动性15电子显微镜电子显微镜，就是，就是依据电子的波动性设计依据电子的波动性设计制造的。如今它已成为制造的。如今它已成为探索物质结构，研究、探索物质结构，研究、开发新材料的重要科研开

10、发新材料的重要科研工具。工具。由于电子波长比可见光波长小由于电子波长比可见光波长小10-310-5数量级，数量级，从从而可大大提高电子显微镜的分辨率。而可大大提高电子显微镜的分辨率。1932年年，德国的鲁斯卡德国的鲁斯卡研制成功电子显微镜。研制成功电子显微镜。16三、三、德布罗意波的统计解释德布罗意波的统计解释 经典经典粒子粒子：不被分割的整体，有确定位置和不被分割的整体，有确定位置和运动轨道运动轨道；经典的经典的波波：某种实际的物理量的空间某种实际的物理量的空间分布作周期性的变化，波具有叠加性分布作周期性的变化，波具有叠加性。二象性：要求将波和粒子两种对立的属性统要求将波和粒子两种对立的属性

11、统一到同一物体上一到同一物体上。1926 年年玻恩提出：玻恩提出：德布罗意波是概率波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。在该处邻近出现的概率成正比。171）光的衍射）光的衍射对于光波，对于光波，衍射图样中最亮的地方衍射图样中最亮的地方，从波动的从波动的观点看观点看，该处的光强最大，或者说光振动的振幅平，该处的光强最大，或者说光振动的振幅平方最大；方最大；从粒子的观点看从粒子的观点看，某处光的强度大，表示，某处光的强度大，表示单位时间内到达该处的光子数多，即光子到达该处单位时间内到达该处的光子数多，即光子到达该处的

12、概率大。的概率大。相应地，相应地，衍射花样最暗的地方衍射花样最暗的地方，光强最小，光，光强最小，光子到达该处的概率最小。子到达该处的概率最小。所以，所以，光子在某处出现的概率与该处的光强光子在某处出现的概率与该处的光强（光振动的振幅平方）成正比的。（光振动的振幅平方）成正比的。光的单缝衍射和电子的单缝衍射的比较：182）电子衍射）电子衍射从从粒子的观点粒子的观点看，衍射图样的出现，是由于电看，衍射图样的出现，是由于电子不均匀地射向照相底片各处形成的，有些地方电子不均匀地射向照相底片各处形成的，有些地方电子密集，有些地方电子稀疏，表示电子射到各处的子密集，有些地方电子稀疏，表示电子射到各处的概率

13、是不同的，电子密集的地方概率大，电子稀疏概率是不同的，电子密集的地方概率大，电子稀疏的地方概率小。的地方概率小。从从波动的观点波动的观点来看，电子密集的地方表示波的来看，电子密集的地方表示波的强度大，电子稀疏的地方表示波的强度小，所以，强度大，电子稀疏的地方表示波的强度小，所以，电子在某处出现的概率，就反映了该处德布罗意波电子在某处出现的概率，就反映了该处德布罗意波的强度。对电子是如此，对其它粒子也是如此。的强度。普遍地说，普遍地说，在某处德布罗意波的强度是与粒子在某处德布罗意波的强度是与粒子在该处出现的概率成正比的。在该处出现的概率成正比的。这就是这就是德布罗意波的德布罗意波的统计解释。统计解释。19德布罗意波与经典波的不同德布罗意波与经典波的不同经典波经典波：某个物理量（如位移、电场强度、磁：某个物理量（如位移、电场强度、磁场强度等）在空间的周期性分布；场强度等）在空间的周期性分布；德布罗意波德布罗意波：是对微观粒子运动的统计描述，：是对微观粒子运动的统计描述，其波动性是指微观粒子在空间出现的概率大小不同其波动性是指微观粒子在空间出现的概率大小不同而呈现的波动性。因此，而呈现的波动性。因此，德布罗意波是