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1、17.317.3崭新的一页崭新的一页: :粒子的波动性粒子的波动性德布罗意德布罗意 (de Broglie,(de Broglie,1892-1987)1892-1987)有记者曾问英国物理学家、诺贝尔获奖者布拉格教授 ：光是波还是粒子？布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一个波 ，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休 息。”如果你是布拉格教授，将如何机智地回答？那么光的本性到底是什么？光的本性光学发展史1672牛顿牛顿 微粒说微粒说T/年惠更斯惠更斯 波动说波动说1690麦克斯韦麦克斯韦 电磁说电磁说1864 1905爱因斯坦爱因斯坦 光子说光子说光的性质实验事实描述的物理量波动
2、性粒子性波动性波动性粒子性粒子性光的干涉光的干涉光的衍射光的衍射光电效应光电效应康普顿效应康普顿效应、密立根 光电效应实验光学发展史1672牛顿牛顿 微粒说微粒说T/年惠更斯惠更斯 波动说波动说1690麦克斯韦麦克斯韦 电磁说电磁说1864 1905爱因斯坦爱因斯坦 光子说光子说波动性波动性粒子性粒子性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1916 1922康普顿效应牛顿微粒说 占主导地位波动说 渐成真理1672牛顿牛顿 微粒说微粒说T/年惠更斯惠更斯 波动说波动说1690麦克斯韦麦克斯韦 电磁说电磁说1864 1905爱因斯坦爱因斯
3、坦 光子说光子说波动性波动性粒子性粒子性1909爱因斯坦爱因斯坦 光的波粒光的波粒 二象性二象性光既具有粒子性，又具有波动性光既具有粒子性，又具有波动性 。光学发展史粒子性波动性（具有能量）（具有频率）（具有动量）hh架起了粒子性与波动性之间的桥梁一.光的波粒二象性（具有波长）1672牛顿牛顿 微粒说微粒说T/年惠更斯惠更斯 波动说波动说1690麦克斯韦麦克斯韦 电磁说电磁说1864 1905爱因斯坦爱因斯坦 光子说光子说波动性波动性粒子性粒子性1909爱因斯坦爱因斯坦 光的波粒光的波粒 二象性二象性光既具有光既具有粒子性粒子性，又具有，又具有波动性波动性 。1924 德布罗意德布罗意 粒子的
4、波粒子的波 粒二象性粒二象性实物粒子既具有实物粒子既具有粒子性粒子性，也具有波动性也具有波动性 。二.粒子的波粒二象性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 ，用类比方法分析问题。1924年，他考虑到普朗克量子爱 因斯坦光子理论的成功在博士论文 关于量子理论的研究中大胆地把光 的波粒二象性推广实物粒子，如电子 ，质子等。于是他提出实物粒子也具 有波动性。这种与实物粒子相联系的 波称为德布罗意波.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。二.粒
5、子的波粒二象性一个质量为m的实物粒子以速率v 运动时，即具有以 能量和动量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。h粒子性波动性波动性二者通过 h来联系二.粒子的波粒二象性德布罗意波德布罗意波 （物质波）（物质波） 的的波长波长在 时电子的德布罗意波长 注意：对实物粒子，v是指粒子的速度（群速） 故不存在v=的关系。加速电势差为 U，则二.粒子的波粒二象性可获得电子在不同电压下的波长的单位为eV与x射线的波长相当 二.粒子的波粒二象性由于德布罗意博士论文独创性，得到了答辩委 员会的高度评价，但是人们总觉得他的想法过于玄 妙，无法接受。于是，有人质问：有什么可以验证 这一新的观
6、念？如果你是德布罗意，将如何验证自己的观点？三.物质波的实验验证0.1nmX 射线照在晶体上可以产 生衍射，电子打在晶体上也能 观察电子衍射。1927年 C.J.戴维森与 G.P. 革末作电子衍射实验，验证电 子具有波动性。1. 电子衍射实验1戴维逊和革末的实验是 用电子束垂直投射到镍单 晶，电子束被散射。其强 度分布可用德布罗意关系 和衍射理论给以解释，从 而验证了物质波的存在。探测器探测器电子束电子束电子枪电子枪镍单晶镍单晶三.物质波的实验验证Ia=0.215nmd=0.0908nm电流出现了周期性变化Ni单晶da实验结果：三.物质波的实验验证实验解释：将电子看成波，其波长为德布罗意波长：
7、既然是波，电流出现最大值时正好满足布喇格 公式： 即：实验装置： GNi单晶电 流 计UBK 发射电 子阴级加 速 电 极显然将电 子看成微 粒无法解 释。实验表 明电流 最大值 正好满 足M三.物质波的实验验证1927年 G.P.汤姆逊（J.J. 汤姆逊之子） 也独立完成了 电子衍射实验。与 C.J.戴维 森共获 1937 年诺贝尔物理 学奖。屏屏 P P多晶 薄膜高压栅极阴极1. 电子衍射实验2电子束在穿过细晶体粉末 或薄金属片后，也象X射线 一样产生衍射现象。此后，人们相继证实了原 子、分子、中子等都具有 波动性。电子衍射图样三.物质波的实验验证三.物质波的实验验证三.物质波的实验验证2.电子双缝实验 1961年琼森（Claus Jnsson）将一束电子加速到50Kev， 让其通过一缝宽为a=0.510-6m，间隔为d=2.010-6m的双 缝,当电子撞击荧光屏时,发现了类似于双缝衍射实验结果.大量电子一次性的行为三.物质波的实验验证电子显微镜回顾与评价我对光的认识经历 了几个过程：波粒二象性对我的 思维冲击：德布罗意假说对我 的启发：我对科学研究方法 的新体会：四.小结
