(中学联盟)福建省福鼎市第二中学高三课时复习10月份课件合辑实物粒子的波粒二象性
24页1、1 德布罗意假设 电子衍射实验 光具有粒子性,又具有波动性。 光子能量和动量为: 一、德布罗意物质波的假设 1924年,德布罗意大胆地设想,波粒二象性不是光所特有的, 一切实物粒子也具有波粒二象性 。 实物粒子 :静止质量不为零的那些微观粒子,如原子、电子、中子等。 粒子性: 主要是指它具有集中的不可分割的特性。 波动性: 它能在空间表现出干涉、衍射等波动现象,具有一定的波长、频率。 实物粒子的波称为 德布罗意波 或 物质波 ,物质波的波长称为 德布罗意波长 。 3 02)/(1德布罗意波长为: 若 考虑相对论效应, 则: 若 c 时, 不考虑相对论效应 ,则: 0 德布罗意公式 质量为 m、速率为 的自由粒子,一方面可用 能量 量 子性 ;另一方面可用 频率 和 波长 来描述它的 波动性。 它们之间的关系为: 4 德布罗意 (1892 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。 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 他提出电子既具有粒子性又具有波动性。 1924年正式发表一切物质都
2、具有波粒二象性的论述。并建议用电子在晶体上做衍射实验来验证。1927年 被实验证实。 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” 。 5 如: 速度 = 02m/弹 ,质量为m =10对应的德布罗意波长为: h 如: 电子 m=0度 = 07m/s, 对应的德布罗意波长为: h 太小测不到! 段 宏观物体的波动性不必考虑,只考虑其粒子性。 6 2021 02 00 2 0: 静止的电子经电场加速,加速电势差为 U,速度 c。 求: 德布罗意波长 。 不考虑相对论效应 解: 1 ,1 5 0 0 0 时当 要观察电子的波性,必须利用晶体进行类似于 7 例: 试计算动能分别为 100111电子静能 : 由相对论公式: 222020 , 得: 20220 2121 代入德布罗意公式 ,有 : 202 2 若 则 : 20 k 若 则: 20 k 228 ( 1) 当 00子静能 : 20 k )(( 2) 当 , 有: 20 k )(1、 2两个结果,电子的波长均与 ( 3) 当 1,有: )()(5 20 k ( 4) 当 1, ,有 : 9 戴维孙 革末电
3、子衍射实验( 1927年) 二、 电子衍射实验 检测器 电子束 散射线 电子被镍晶体衍射实验 M 电子枪 子束强度并不随加速电压而单调变化,而是出现一系列峰值。 10 相对强度 10 20 50 30 40 60 70 80 0 衍射角 4 50 2c o i s 0,1 0 i n 10 子波的波长 理论值为 : D 2s d s i 11 电子束 与多晶材料的 德拜 x 射线衍射图样对比(波长相同) 汤姆逊和戴维逊则因证实电子具有波动性而分享了 1937年的诺贝尔物理学奖。 1929年,德布罗意因提出电子的波动性获诺贝尔物理学奖。 汤姆逊 12 接着 约恩逊 于 1961年成功地获得了电子束的单缝衍射、双缝干涉等实验。 光的杨氏双缝干涉图样 单缝 双缝 三缝 四缝 电子双缝干涉图样 大量实验证实除电子外,中子、质子以及原子、分子等都具有波动性,且符合德布罗意公式。 一切微观粒子都具有波动性 13 电子显微镜 ,就是依据电子的波动性设计制造的。如今它已成为探索物质结构,研究、开发新材料的重要科研工具。 由于电子波长比可见光波长小 1010从而可大大提高电子显微镜的分辨率。 1932年
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