2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理选择性必修3 第4章原子结构和波粒二象性4.5粒子的波动性和量子力学的建立(3)课件

粒子的波动性和量子力学的建立\n德布罗意波波粒二象性1、德布罗意波（物质波）De.Broglie1923年发表了题为“波和粒子”的论文,提出了物质波的概念.他认为,“整个世纪以来（指19世纪）在光学中比起波动的研究方法来,如果说是过于忽视了粒子的研究方法的话,那末在实物的理论中,是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子的图象想得太多,而过分忽略了波的图象呢”\n一、德布罗意的物质波德布罗意(duedeBroglie,1892-1960)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.1923年,德布罗意试图把粒子性和波动性统一起来.1924年,在博士论文《关于量子理论的研究》中提出德布罗意波,同时提出用电子在晶体上作衍射实验的想法.爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义,誉之为“揭开一幅大幕的一角”.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.\n能量为E、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：E=mc2=hv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.\n一切实物粒子都有波动性后来,大量实验都证实了：质子、中子和原子、分子等实物微观粒子都具有波动性,并都满足德布洛意关系.一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？质量m=0.01kg,速度v=300m/s的子弹的德布洛意波长为计算结果表明,子弹的波长小到实验难以测量的程度.所以,宏观物体只表现出粒子性.\n由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着的物体上去,得出物质波（德布罗意波）的概念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应,该波的波长λ=.【例1】试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长.解：估计一个中学生的质量m≈50kg,百米跑时速度v≈7m/s,则由计算结果看出,宏观物体的物质波波长非常小,所以很难表现出其波动性.\n例题2(1)电子动能Ek=100eV；(2)子弹动量p=6.63×106kg.m.s-1,求德布罗意波长.解(1)因电子动能较小,速度较小,可用非相对论公式求解.=1.23Å(2)子弹:h=6.63×10-34=1.0×10-40m可见,只有微观粒子的波动性较显著；而宏观粒子(如子弹)的波动性根本测不出来.\n一个质量为m的实物粒子以速率v运动时,即具有以能量E和动量P所描述的粒子性,同时也具有以频率n和波长l所描述的波动性.德布罗意关系如速度v=5.0102m/s飞行的子弹,质量为m=10-2Kg,对应的德布罗意波长为：如电子m=9.110-31Kg,速度v=5.0107m/s,对应的德布罗意波长为：太小测不到！X射线波段\n2、戴维逊－革末实验1927年,Davisson和Germer进行了电子衍射实验.（该实验荣获1937年Nobel物理学奖）戴维逊--革末实验电子衍射实验电子束垂直入射到镍单晶的水平面上,在散射方向上探测到一个强度极大.（可用晶体对X射线的衍射方法来分析）\nL.V.德布罗意电子波动性的理论研究1929诺贝尔物理学奖\nC.J.戴维孙通过实验发现晶体对电子的衍射作用1937诺贝尔物理学奖\n\n\n\nX射线经晶体的衍射图电子射线经晶体的衍射图\n类似的实验：1927年,汤姆逊电子衍射实验1960年,C.Jonson的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,1929年,DeBroglie因发现电子波而荣获Nobel物理学奖.\n电子显微镜\n