高中物理选修35第17章第3节粒子的波动性示范课市公开课一等奖省优质课赛课一等奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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。”,那么光本性到底是什么？,3.,粒子波动性,第1页,光学发展史,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,第2页,光既含有粒子性，又含有波动性！,光性质,试验事实,描述物理量波动性,粒子性,光干涉,光衍射,光电效应,康普顿效应,、,光子能量,光子动量,p,与,是描述粒子性，,、,是描述波动性，,h,则是连接粒子和波动桥梁。,第3页,4,1923,年，德布罗意最早想到了这个问题，而且大胆地构想，人们对于光子波粒二象性会不会也适合用于实物粒子。,1.,光,波粒二象性,光含有粒子性，又含有波动性。,光子能量和动量为,上面两式左边是描写粒子性,、,P,；右边是描写波动性,、,。,h,将光粒子性与波动性联络起来。,一切实物粒子都有含有波粒二象性。,=,h,第4页,2,、德布罗意物质波,德布罗意原来学习历史，以后改学理论物理学。他善于用历史观点，用对比方法分析问题。,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,关于量子理论研究,中提出德布罗意波,同时提出用电子在晶体上作衍射试验想法。,爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想重大意义，誉之为“揭开一幅大幕一角”。,法国物理学家，,1929,年诺贝尔物理学奖取得者，波动力学创始人，量子力学奠基人之一。,5,第5页,粒子性,波动性,（含有能量）,（含有频率）,（含有动量）,h,h,架起了粒子性与波动性之间桥梁,（含有波长）,能量为,、动量为,p,粒子与频率为,v,、波长为,波相联络，并遵从以下关系：,=mc,2,=hv,这种和实物粒子相联络波称为德布罗意波,(,物质波或概率波,),其波长,称为德布罗意波长。,第6页,一个质量为,m,实物粒子以速率,v,运动时，即含有以能量,和动量,p,所描述粒子性，同时也含有以频率,n,和波长,l,所描述波动性,。,以后，大量试验都证实了：质子、中子和原子、分子等实物微观粒子都含有波动性，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：,第7页,实物粒子波粒二象性意思是：,微观粒子既表现出粒子特征，又表现出波动特征,。,大量光子易表现波动性，少许光子易表现粒子性。,这种和实物粒子相联络波称为,德布罗意波,(,物质波或概率波,),，其波长,称为德布罗意波长。,由光波粒二象性思想推广到微观粒子和任何运动着物体上去，得出物质波（德布罗意波）概念：,任何一个运动着物体都有一个波与它对应，该波波长,=,h,/,p,。,第8页,【,例,1】,试估算一个中学生在跑百米时德布罗意波波长。,解：预计一个中学生质量,m,50kg,，百米跑时速度,v,7m/s,，则,由计算结果看出，宏观物体物质波波长非常小，所以极难表现出其波动性。,9,第9页,【,例,2,】,(1),电,子动能,E,k,=100 eV,；,(2),子弹动量,p,=6.6310,6,kg.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。,=1.23,(2),子弹:,h,=6.6310,-34,=1.010,-40,m,可见，只有微观粒子波动性较显著；而宏观粒子,(,如子弹,),波动性根本测不出来。,10,第10页,11,X,射线照在晶体上能够产生衍射，电子打在晶体上也能观察电子衍射。,1927,年,戴维森与 革末作电子衍射试验，验证电子含有波动性。,1.,电子衍射试验,1,戴维逊和革末试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，从而验证了物质波存在。,探测器,电子束,电子枪,镍单晶,德布罗意波试验验证,戴维逊革末试验,第11页,1927,年 汤姆逊也独立完成了电子衍射试验。与戴维森共获,1937,年诺贝尔物理学奖。,屏,P,多晶薄膜,高压,栅极,阴极,电子衍射试验,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。,今后，人们相继证实了原子、分子、中子等都含有波动性。,电子衍射图样,第12页,电子双缝试验,1961,年琼森将一束电子加速到,50 Kev,，让其经过一缝宽为,a,=0.5,10,-6,m,，间隔为,d,=2.010,-6,m,双缝，当电子撞击荧光屏时，发觉了类似于双缝衍射试验结果。,大量电子一次性行为,第13页,以后试验证实原子、分子、中子等微观粒子也含有波动性。,德布罗意公式成为揭示微观粒子波粒二象性统一性基本公式,.,14,第14页,德布罗意：电子波动性理论研究,1929,诺贝尔物理学奖,1937,诺贝尔物理学奖,戴维孙：经过试验发觉晶体对电子衍射作用,15,第15页,物质波一个最主要应用就是电子显微镜创造第一台电子显微镜是由德国,鲁斯卡,研制成功，荣获,1986,年诺贝尔物理奖,从波动光学可知，因为显微镜分辨本事与波长成反比，光学显微镜最大分辨距离大于,0.2 m,，最大放大倍数也只有,1000,倍左右,自从发觉电子有波动性后，电子束德布罗意波长比光波波长短得多，而且极方便改变电子波波长，这么就能制造出用电子波代替光波电子显微镜,三、物质波应用,第16页,电子显微镜,第17页,电子显微镜下薰衣草叶子,18,第18页,电子显微镜下纳米纤维,19,第19页,电子显微镜下灰尘,第20页,电子显微镜下红细胞,21,第21页,电子显微镜下二分裂,22,第22页,小结：,一、德布罗意物质波,二、德布罗意波试验验证,3.,量子围栏,(Quantum Corral),中驻波,1.,电子衍射试验,1,2.,电子衍射试验,2,戴维逊革末试验,G,.,P,.,汤姆逊（电子衍射试验。,三、物质波应用,电子显微镜,第23页,