2015-2016学年17.3《粒子的波动性》 课件

1.知道实物粒子和光子一样都具有波粒二象性。2.会从能量、动量、波长、频率的角度分析波和粒子之间的联系。3.知道德布罗意波，会计算德布罗意波的波长。首先回顾前面对光的学习，总结人类对光的本性的认识的发展过程，从光的波粒二象性引出其他物质（粒子）也具有波动性，提出德布罗意波及德布罗意的关系式。然后通过德布罗意的关系式算出一些常见宏观物体的波长，得出宏观物体不易看到波动性的现象。最后通过介绍物质波的实验验证，如：电子衍射实验、电子双缝实验，让学生进一步了解物质波现象。教学中较多的采用点拨法和启发式教学。把学习的主动权还给学生，在介绍光的发现历程的过程中，可以让学生在课前搜索一些发现光的性质的典故。利用上一节得到的公式，让学生观察其中的统一。并且在讨论道德布罗意波的正确性方面，可以通过“子弹波”和“电子波”进行讨论。最后还可以通过视频，观察电子束的衍射现象。科学合理的教学方法能使教学效果事半功倍，达到教与学的和谐完美统一。光的本性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？T/年波动性粒子性1690惠更斯波动说1672牛顿微粒说1905爱因斯坦光子说1864麦克斯韦电磁说T/年波动性粒子性1690惠更斯波动说1672牛顿微粒说1905爱因斯坦光子说1864麦克斯韦电磁说1801托马斯·杨双缝干涉实验1814菲涅耳衍射实验1888赫兹电磁波实验赫兹发现光电效应1916密立根光电效应实验1922康普顿效应牛顿微粒说占主导地位波动说渐成真理T/年波动性粒子性1690惠更斯波动说1672牛顿微粒说1905爱因斯坦光子说1864麦克斯韦电磁说1909爱因斯坦光的波粒二象性光既具有粒子性，又具有波动性！光的干涉光的衍射光电效应康普顿效应ν、λphh光子的能量光子的动量p与ε是描述粒子性的，λ、ν是描述波动性的，h则是连接粒子和波动的桥梁。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(De·Broglie)，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。1923年发表了题为“波和粒子”的论文，提出了物质波的概念。（具有能量）（具有频率）（具有动量）hp（具有波长）能量为ε、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：ε=mc2=hvhpm一个质量为m的实物粒子以速率v运动时，即具有以能量ε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=hp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。一切实物粒子都有波动性德布罗意关系：实物粒子的波粒二象性的意思是：微观粒子既表现出粒子的特性，又表现出波动的特性。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。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。试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。mm3634109175010636..ph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。1.电子动能εk=100eV；子弹动量p=6.63×106kg·m·s-1,求德布罗意波长。解：因电子动能较小，速度较小，可用非相对论公式求解。22k122pmvm24k25.410kgm/spm3024415.4106.6310m=1.2310m=1.23Ahp电子340646.63106.6310m=1.010mhp子弹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念？X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。如果你是德布罗意，将如何验证自己的观点？1927年C.J.戴维森与G.P.革末做电子衍射实验，验证电子具有波动性。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。KGBD探测器电子束电子枪U镍单晶GNi单晶电流计UIDK发射电子阴级加速电极显然将电子看成微粒无法解释M电流出现了周期性变化IU1927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。CsUKG屏P多晶薄膜高压栅极阴极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。电子衍射实验1961年琼森（ClausJönsson）将一束电子加速到50Kev，让其通过一缝宽为a=0.510-6m，间隔为d=2.010-6m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。电子显微镜电子显微镜下的灰尘1.德布罗意的物质波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。2.物质波的实验验证电子衍射实验1电子衍射实验2电子双缝实验=h=hpeUmv221mvpmeUp2mm1119313410115000106110192106362...meUhph1.求静止电子经15000V电压加速后的德波波长。解：静止电子经电压U加速后的动能2.质量m=50kg的人，以v=15m/s的速度运动，试求人的德布罗意波波长。m371088.mvhph