1.3《崭新的一页 粒子的波动性》 MYKONGLONG
17.3《崭新的一页： 粒子的波动性》
教学目标 1、知识与技能 了解光的波粒二象性;了解粒子的浪动性 2、过程与方法 培养学生的观察、分析能力 3、情感态度与价值观 培养学生严谨的科学态度,正确地获取知识的 方法 【重点难点】 ·1、重点:粒子浪动性的理解 ·2、难点:对德布罗意波的实验验证 MYKONGLONG
教学目标 1、知识与技能： • 了解光的波粒二象性；了解粒子的波动性． 2、过程与方法： • 培养学生的观察、分析能力。 3、情感态度与价值观： 培养学生严谨的科学态度，正确地获取知识的 方法。 【重点难点】 • 1、重点：粒子波动性的理解 • 2、难点：对德布罗意波的实验验证
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” MYKONGLONG
德布罗意波 波粒二象性 1、德布罗意波（物质波） De . Broglie 1923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
德布罗意的物质浪 德布罗意( due de broglie,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 法国物理学家,1929验的想法。 年诺贝尔物理学奖获 爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思 得者,波动力学的创想的重大意义,誉之为“揭开一幅大幕 始人,量子力学的奠的一角”。 基人之一。 MYKONGLONG
一、德布罗意的物质波 德布罗意 (due de Broglie, 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
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 p=mv h- 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 MYKONGLONG
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 h p = mv = 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
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=001kg,速度v=300m/s的子弹的德布洛意 波长为 内663×10234 =2.21×10 0.01×300 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。 MYKONGLONG
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 = 300 m/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
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=h/P 【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m50kg,百米跑 时速度7m/s,则 h663×10-34 m=1.9×10-36m 50×7 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。 MYKONGLONG
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= h / p 。 【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。 m m p h 36 34 1.9 10 50 7 6.63 10 − − = = =
例题2(1)电子动能E=100v;(2)子弹动量 p=663×10kgms,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 E D=593×106 2m p=o=v2mE 54×1024 h h—P =1.23A =6.63×1034 h ()子弹: 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
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。 24 2 5 4 10− p = mυ = mEk = . 6 = 5.9310 =1.23Å (2)子弹: p h = 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。 , 2 2 1 2 2 m p E mυ k = =
个质量为m的实物粒子以速率运动时,即具有以能 量E和动量P所描述的粒子性,同时也具有以频率和波长 所描述的波动性。 德布罗意关系 如速度v50×102m/飞行的子 如电子m=91×103Kg,速 弹,质量为m102Kg,对应的度v=5.0×10m/对应的德 德布罗意波长为: 布罗意波长为: 13×10-25nn =1.4×10-2nm 太小测不到! X线波段 MYKONGLONG
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 所描述的波动性。 h n = E P 德布罗意关系 ＝h 如速度v=5.0102m/s飞行的子 弹，质量为m=10-2Kg，对应的 德布罗意波长为： nm mv h 25 1.3 10− = = 如电子m=9.110-31Kg，速 度v=5.0107m/s, 对应的德 布罗意波长为： nm mv h 2 1.4 10− = = 太小测不到！ X射线波段
2、戴维逊一革末实验 1927年, Davisson和 Germer进行了电子衍射实验。 (该实验荣1937年 电子枪操测器 电子束垂直入射 到镍单晶的水平面上, 在=50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) 戴维逊-革末实验 电子衍射实验 MYKONGLONG
2、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） = 50