1、选修3-5 第十七章 波粒二象性,崭新的一页粒子的波动性,德布罗意波 波粒二象性,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。,德布罗意的思维逻辑,实物粒子也
2、具有波动性利用类比的想法，提出物质波概念与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，或叫物质波。预言：电子通过一个小孔或晶体时会形成衍射条纹。,电子有质量,根据相对论：,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
3、波与它对应，该波的波长= 。,【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v7m/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。,例题2 (1)电子动能Ek=100eV；求德布罗意波长。,解 (1)=1.2310-10m,(2)人:10-36m,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。,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l所描述的波动性。,德布罗意关系,2、戴维逊革末实验,1927年，Davisso
4、n和Germer 进行了电子衍射实验。 （该实验荣获1937年Nobel 物理学奖）,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）,1937诺贝尔物理学奖,1927年，美国贝尔实验室的戴维森（Clinton Joseph Davisson，18811958）、革未（Lester Halbert Germer，18961971）通过实验发现晶体对电子的衍射,1927年英国的汤姆逊（George Paget Thomson，18921975）通过电子在多晶膜上的透射得到了环状的电子衍射图象。它与光的圆孔衍射图象极为相似,电子衍射,X光衍
5、射,1927年戴维孙革末通过电子在晶体表面的散射实验得到了与X射线衍射相似的电子衍射,1927年英国的汤姆逊通过电子在金的多晶膜上的透射得到了环状的电子衍射图象。它与光的圆孔衍射图象极为相似,电子衍射花样,电子显微镜,在电子显微镜下放大30000倍的细菌图像,电子显微镜下的头发分叉照片,电子显微镜下的血液中红细胞的照片,用电子显微镜放大115倍之后的室内灰尘,造成伊波拉出血热的丝状病毒样貌,人类对于光的认识历程,德布罗意：粒子和波这两种观点应该以某种方式统一,粒子难以解释,波动难以解释,这个推导不适用于电子：,动量的表达式错误！,父子诺贝尔奖汤姆逊,C.J.戴维逊和G.P.汤姆逊为此获得了1937年诺贝尔物理学奖。,1906年,汤姆逊由于发现电子和对气体放电理论和实验做出了重大贡献获得诺贝尔物理学奖。,父,子,
