实物粒子的波粒二象性(40张ppt).ppt

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4.4实物粒子的波粒二象性实物粒子的波粒二象性德布罗意波德布罗意波波粒二象性波粒二象性德布罗意：

德布罗意：

法国法国著名著名理论物理学家，理论物理学家，19291929年年诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖获获得者，得者，波动力学波动力学的创的创始人，物质波理论的始人，物质波理论的创立者，量子力学的创立者，量子力学的奠基人之一。

奠基人之一。

他认为，他认为，“整个世纪以来（指整个世纪以来（指19世纪）在光学中世纪）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，那么在实物的理论中，是否发生了相研究方法的话，那么在实物的理论中，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过分忽略了波的图象呢”De.Broglie：

19231923年发表了题为年发表了题为“波和粒子波和粒子”的论文，提出了物质波的论文，提出了物质波的概念。

的概念。

光光（波波）具有粒子性具有粒子性一、德布罗意物质波假设一、德布罗意物质波假设那么实物粒子也应具有波动性。

那么实物粒子也应具有波动性。

实物粒子具有波动性吗实物粒子具有波动性吗?

L.V.deBroglie从自然界的对称性出发，从自然界的对称性出发，认为：

认为：

既然光既然光（波波）具有粒子性具有粒子性1924.11.29德布洛意德布洛意把把题为题为“量子理论的研究量子理论的研究”的博士论文提交巴黎大学。

的博士论文提交巴黎大学。

实物粒子的波动性实物粒子的波动性与粒子相联系的波称为与粒子相联系的波称为物质波物质波或或德布罗意波，德布罗意波，他在论文中指出：

他在论文中指出：

一个能量为一个能量为E、动量为、动量为p的的实物粒子同时具有波动性，它的波长实物粒子同时具有波动性，它的波长、频频率率和和E、p的的关系与光子一样关系与光子一样：

德布罗意关系式德布罗意关系式德布罗意波长德布罗意波长（deBrogliewavelength）二、德布罗意波的波长二、德布罗意波的波长朗之万把德布洛意的文章寄给爱因斯坦，朗之万把德布洛意的文章寄给爱因斯坦，爱因斯坦称赞说：

爱因斯坦称赞说：

“揭开了自然界巨大帷幕的一角揭开了自然界巨大帷幕的一角”“瞧瞧吧，看来疯狂，可真是站得住脚呢瞧瞧吧，看来疯狂，可真是站得住脚呢”论文获得了评委会的高度评价。

论文获得了评委会的高度评价。

教材例题1927年年G.P.汤姆汤姆逊（逊（J.J.汤姆逊之子）汤姆逊之子）也也独立完成了电子衍射实验。

独立完成了电子衍射实验。

与与C.J.戴维森共获戴维森共获1937年诺贝尔物理学奖。

年诺贝尔物理学奖。

屏屏PP多晶多晶薄膜薄膜高压高压栅极栅极阴极阴极11.电子衍射实验电子衍射实验电子束在穿过细晶体粉末电子束在穿过细晶体粉末或薄金属片后，也象或薄金属片后，也象XX射线射线一样产生衍射现象。

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。

此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。

三、三、电子波动性的实验证实电子波动性的实验证实2.一个一个电子依次入射双缝的衍射实验：

一个一个电子依次入射双缝的衍射实验：

7个电子个电子100个电子个电子30002000070000光的波粒二象性光的波粒二象性光子的能量E=mc2=hv光子的动量光子的动量=uu=hmp一：

光波具有粒子性思考：

思考：

能量能量EE、动量、动量pp都是粒子都是粒子的特征，实物粒子是否具有波的特征，实物粒子是否具有波的特征呢？

的特征呢？

二：

粒子的波动性德布罗意的假设：

实物粒子也具有波动性这种和实物粒子相联系的波称为这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波德布罗意波（物质波或概率波物质波或概率波）,）,其波长其波长称为德布罗意波长。

称为德布罗意波长。

能量为能量为EE、动量为、动量为pp的粒子与的粒子与频率为频率为vv、波长为、波长为的波相联系，的波相联系，并遵从以下关系：

并遵从以下关系：

1.一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、中子和原后来，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。

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？

分析分析：

质量质量m=0.01kgm=0.01kg，速度，速度v=300m/sv=300m/s的子弹的子弹的德布洛意波长为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计算结果表明，子弹的波长小到实验难以测量的程度。

所以，程度。

所以，宏观物体只表现出粒子性宏观物体只表现出粒子性。

L.V.L.V.德布罗意德布罗意电子波动性的理论研究电子波动性的理论研究1929诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖1937诺贝尔物理学奖诺贝尔物理学奖C.J.戴维孙戴维孙通过实验发现晶体对电通过实验发现晶体对电子的衍射作用子的衍射作用电子衍射电子衍射X光衍射光衍射电子衍射与电子衍射与X光衍射图样比较光衍射图样比较X射线经晶体的衍射图射线经晶体的衍射图电子射线经晶体的衍射图电子射线经晶体的衍射图类似的实验：

19271927年，年，汤姆逊电子衍射实验汤姆逊电子衍射实验19601960年，年，C.JonsonC.Jonson的的电子双缝干涉实验电子双缝干涉实验后来的实验证明原子、分子、中子等微观粒子也具后来的实验证明原子、分子、中子等微观粒子也具有波动性。

有波动性。

德布罗意公式成为揭示微观粒子波粒二象性的统德布罗意公式成为揭示微观粒子波粒二象性的统一性的基本公式，一性的基本公式，1929年，年，DeBroglie因发现因发现电子波电子波而荣而荣获获Nobel物理学奖。

物理学奖。

电子显微镜电子显微镜3.3.德布罗意波的统计解释德布罗意波的统计解释究竟怎样理解波和它所描写的粒子之间的关系?

对这个问题曾经有过各种不同的看法。

例如，有人认为波是由它所描写的粒子组成的。

这种看法与实验不符。

我们知道，衍射现象是由波的干涉而产生的，如果波真是由它所描写的粒子所组成，则粒子流的衍射现象应当是由于组成波的这些粒子相互作用而形成的。

但事实证明，在粒子流衍射实验中，照象片上所显示出来的衍射图样和入射粒子流强度无关，也就是说和单位体积中粒子的数目无关。

如果减小入射粒子流强度，同时延长实验的时间，使投射到照象片上粒子的总数保持不变，则得到的衍射图样将完全相同。

即使把粒子流强度减小到使得粒子一个一个地被衍射，照片上一次出现一个孤立的点，体现了电子的粒子性。

只要经过足够长的时间，所得到的衍射图样也还是一样。

这说明每一个粒子被衍射的现象和其他粒子无关，衍射图样不是由粒于之间的相互作用而产生的。

物质波振幅的平方与粒子在该处邻近出现的概率成正比。

粒子观点电子密处，概率大。

电子疏处，概率小。

波动观点电子密处，波强大。

电子疏处，波强小。

电子出现的概率反映该处的波强。

波强振幅A2粒子密度概率机械波是机械振动在空间传播，德布罗意波是对微观粒子运动的统计。

氢原子电子云给氢原子拍摄一张照片四、氢原子中四、氢原子中的电子云的电子云氢原子电子云再给氢原子拍摄一张照片氢原子电子云再给氢原子拍摄一张照片氢原子电子云再给氢原子拍摄一张照片氢原子电子云再给氢原子拍摄一张照片氢原子电子云给氢原子拍照，并将2张照片叠加氢原子电子云给氢原子拍照，并将3张照片叠加氢原子电子云给氢原子拍照，并将4张照片叠加氢原子电子云给氢原子拍照，并将5张照片叠加氢原子电子云给氢原子拍照，并将20张照片叠加氢原子电子云给氢原子拍照，并将100张照片叠加氢原子电子云给氢原子拍照，并将500张照片叠加氢原子电子云给氢原子拍照，并将1000张照片叠加氢原子电子云给氢原子拍照，并将10000张照片叠加