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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德布罗意德布罗意 (de Broglie,(de Broglie,1892-1987)1892-1987) v有记者曾问英国物理学家诺贝尔获奖者有记者曾问英国物理学家诺贝尔获奖者布拉布拉格格教授：光是波还是粒子？教授：光是波还是粒子？v布拉格幽默地回答道：布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子，是一个波，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休息。星期天物理学家休息。”v那么光的本性到底是什么？那么光的本性到底是什么？光的本性光的本性密立根密立根光电效应实验
2、光电效应实验光学发展史光学发展史1672牛顿牛顿牛顿牛顿微粒说微粒说微粒说微粒说T/年年惠更斯惠更斯惠更斯惠更斯波动说波动说波动说波动说1690麦克斯韦麦克斯韦麦克斯韦麦克斯韦电磁说电磁说电磁说电磁说18641905爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦光子说光子说光子说光子说波波波波动动动动性性性性粒粒粒粒子子子子性性性性1801托马斯托马斯杨杨双缝干涉双缝干涉实验实验1814菲涅耳菲涅耳衍射实验衍射实验赫兹赫兹电磁波实验电磁波实验1888赫兹赫兹发现光电效应发现光电效应19161922康普顿效应康普顿效应牛顿微粒说牛顿微粒说占主导地位占主导地位波动说波动说渐成真理渐成真理光的双缝干涉实验光的双缝
3、干涉实验光的衍射实验光的衍射实验光电效应光电效应康普顿效应康普顿效应光光有有波波动动性性光光有有粒粒子子性性光光既有既有波动性波动性也有也有粒粒子性子性粒子性粒子性波动性波动性（具有能量）（具有能量）（具有频率）（具有频率）（具有动量）（具有动量）hh架起了粒子性与波动性之间的桥梁架起了粒子性与波动性之间的桥梁一一. .光的波粒二象性光的波粒二象性（具有波长）（具有波长）2.一个电子被一个电子被75V75V的电压加速后的电压加速后,（电子质量为（电子质量为9.1110-31kg）a.该电子具有多少能量？具有多大的速度？该电子具有多少能量？具有多大的速度？b.它的动量多大？它的动量多大？比较比较
4、X射线光子和电子的动量大小射线光子和电子的动量大小? 从中我们能否用从中我们能否用类比思想对电子的属性进行大胆的猜想？类比思想对电子的属性进行大胆的猜想？1.一束波长为一束波长为0.2nm的的X射线在真空中传播射线在真空中传播.（光在真空中传播速度（光在真空中传播速度c =3.0108m/s)a.该该X射线光子具有多少能量射线光子具有多少能量？b.计算这束计算这束X射线光子的动量。射线光子的动量。c.为什么为什么X射线呈现极小的粒子性？射线呈现极小的粒子性？例题例题光光微观粒子微观粒子1672牛顿牛顿牛顿牛顿微粒说微粒说微粒说微粒说T/年年惠更斯惠更斯惠更斯惠更斯波动说波动说波动说波动说169
5、0麦克斯韦麦克斯韦麦克斯韦麦克斯韦电磁说电磁说电磁说电磁说18641905爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦光子说光子说光子说光子说波波波波动动动动性性性性粒粒粒粒子子子子性性性性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。二二. .粒子的波粒二象性粒子的波粒二象性 德布罗意原来学习历史，后来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。观点
6、，用类比方法分析问题。 1924年，他考虑到普朗克量子年，他考虑到普朗克量子爱因斯坦光子理论的成功在博士论爱因斯坦光子理论的成功在博士论文文关于量子理论的研究关于量子理论的研究中大胆中大胆地把光的波粒二象性推广实物粒子，地把光的波粒二象性推广实物粒子，如电子，质子等。于是他提出如电子，质子等。于是他提出实物实物粒子也具有波动性粒子也具有波动性。这种与实物粒。这种与实物粒子相联系的波称为子相联系的波称为德布罗意波德布罗意波. 爱因斯坦觉察到德布罗意物质爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义，誉之为波思想的重大意义，誉之为“揭开揭开一幅大幕的一角一幅大幕的一角”。法国物理学家，法国物理学家，1
7、929年诺贝尔物理学奖获年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创得者，波动力学的创始人，量子力学的奠始人，量子力学的奠基人之一。基人之一。二二. .粒子的波粒二象性粒子的波粒二象性 一一个个质质量量为为m的的实实物物粒粒子子以以速速率率v 运运动动时时，即即具具有有以以能能量量和和动动量量p所所描描述述的的粒粒子子性性，同同时时也也具具有有以以频频率率和波长和波长所描述的波动性。所描述的波动性。h粒子性粒子性波动性波动性二者通过二者通过h h来联系来联系二二. .粒子的波粒二象性粒子的波粒二象性德布罗意德布罗意德布罗意德布罗意波波波波（物质波）（物质波）（物质波）（物质波）的的的的波长波长波长波长
8、 由于由于德布罗意博士论文独创性，得到了答辩委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：有什么可以验证妙，无法接受。于是，有人质问：有什么可以验证这一新的观念？这一新的观念？三三. .物质波的实验验证物质波的实验验证 1927年年戴维孙戴维孙和和G.P.汤姆孙汤姆孙分别分别做了电子束的衍射实验，证实了电子做了电子束的衍射实验，证实了电子的波动性的波动性三三. .物质波的实验验证物质波的实验验证一切实物粒子都有波动性一切实物粒子都有波动性 后来，大量实验都证实了：质子、中子后来，大量实
9、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，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。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？一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？ 质量质量 m = 0.01kg，速度，速度 v = 300 m/s 的子弹的德布洛意波的子弹的德布洛意波长为长为 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。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
10、（德布罗意波）的概动着的物体上去，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，念：任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的波长该波的波长= 。 【例1】试试估估算算一一个个中中学学生生在在跑跑百百米米时时的的德德布布罗罗意意波的波长波的波长。 解：估计一个中学生的质量解：估计一个中学生的质量m50kg ，百米跑，百米跑时速度时速度v7m/s ，则，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。 例题例题2 (1)电电子动能子动能Ek=100eV；(2)子弹动量子弹动量p=6.63106kg.m.s-1, 求德布罗意波长。求德布罗意波长。 解解 (1)因因电电子动能较小，速度较小，可用非相对子动能较小，速度较小，可用非相对论公式求解。论公式求解。=1.2310-10m(2)子弹子弹:h= 6.6310-34= 1.010-40m 可见，只有微观粒子的波动性较显著；而宏观可见，只有微观粒子的波动性较显著；而宏观粒子粒子(如子弹如子弹)的波动性根本测不出来。的波动性根本测不出来。认真阅读认真阅读v电电子子显显微微镜镜电子显微镜下的灰尘电子显微镜下的灰尘
