人教版高中物理选修3-5 17．3粒子的波动性课件（共23张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理选修3-5 17．3粒子的波动性课件（共23张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-02-14 07:32:36 | ||
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文档简介
(共23张PPT)
17.3粒子的波动性
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
光的干涉
光的衍射
光电效应
康普顿效应
ν、λ
光学发展史
密立根
光电效应实验
T/年
波动性
粒子性
1801
托马斯·杨
双缝干涉
实验
1814
菲涅耳
衍射实验
赫兹
电磁波实验
赫兹
发现光电效应
康普顿效应
牛顿微粒说占主导地位
波动说
渐成真理
光的干涉
光的衍射
光电效应
康普顿效应
ν、λ
光既具有粒子性，又具有波动性。即波粒二象性。
粒子性
波动性
（具有能量）
（具有频率）
（具有动量）
h架起了粒子性与波动性之间的桥梁
（具有波长）
一、光的波粒二象性
*
1923年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设想，人们对于光子的波粒二象性会不会也适用于实物粒子。
光具有粒子性，又具有波动性。
光子能量和动量为
上面两式左边是描写粒子性的 E、P；右边是描写波动性的 ?、?。 h 将光的粒子性与波动性联系起来。
一切实物粒子都有具有波粒二象性。?
二、粒子的波动性
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”。
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ν和波长λ所描述的波动性。
粒子性
波动性
二者通过h来联系
德布罗意波（物质波）的波长
德布罗意关于实物粒子具有波动性的假说，就像光具有粒子性一样，从以往物理学的观点来看是无法理解的。光的粒子性被光电效应和康普顿效应所证实，已经无可怀疑了。可是，似乎纯粹以类比方法提出的德布罗意波，实在超越了人们的想像力，以至于德布罗意本人也说，他的这些思想，很可能被看做“没有科学特征的狂想曲。
和普朗克的能量量子化，爱因斯坦的光电效应方程一样。刚开始自己都不信，等到别人实验来证明。
三、物质波的实验验证
光
干涉和衍射现象
波动性
找到电子、质子等实物粒子干涉和衍射的图样
验证方法：
实验
结论
1、伦琴射线衍射实验
在伦号射线发现后的十多年间，这种射线到底是不是波长很的电磁波，尚无定论。1912年，德国物理学家劳厄提议，利用晶中体排列规则的物质微粒作为衍射光栅，来检验伦琴射线的波动性。实验获得了成功，证实伦琴射线就是波长为十分之几纳米的电磁波。
*
1927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。
2、电子衍射实验
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。
3、电子双缝实验
1961年琼森（Claus J?nsson）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.
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波与它对应，该波的波长λ= 。
【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。
*
物质波的一个最重要的应用就是电子显微镜的发明．第一台电子显微镜是由德国鲁斯卡（E·Ruska）研制成功，荣获1986年诺贝尔物理奖．
从波动光学可知，由于显微镜的分辨本领与波长成反比，光学显微镜的最大分辨距离大于0.2 μm，最大放大倍数也只有1000倍左右．
自从发现电子有波动性后，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的波长，这样就能制造出用电子波代替光波的电子显微镜．
四、科学漫步
*
电子显微镜
*
电子显微镜下的薰衣草叶子
*
电子显微镜下的红细胞
*
电子显微镜下的二分裂
*
问题与练习
1、答①光是一种概率波，对大量光子才有意义。
②波粒二象性：粒子是指其不连续是一份能量。光的的波长越长其波动性越显著，波长越短其粒子性越显著。
③个别光子的作用效果往往表现为粒子性，大量的光子时表现为波动性。
问题与练习
2、解：由已知可得电子的质量比质子的小
3、解、因为宏观的子弹质量较大，速度也很大
17.3粒子的波动性
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
光的干涉
光的衍射
光电效应
康普顿效应
ν、λ
光学发展史
密立根
光电效应实验
T/年
波动性
粒子性
1801
托马斯·杨
双缝干涉
实验
1814
菲涅耳
衍射实验
赫兹
电磁波实验
赫兹
发现光电效应
康普顿效应
牛顿微粒说占主导地位
波动说
渐成真理
光的干涉
光的衍射
光电效应
康普顿效应
ν、λ
光既具有粒子性，又具有波动性。即波粒二象性。
粒子性
波动性
（具有能量）
（具有频率）
（具有动量）
h架起了粒子性与波动性之间的桥梁
（具有波长）
一、光的波粒二象性
*
1923年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设想，人们对于光子的波粒二象性会不会也适用于实物粒子。
光具有粒子性，又具有波动性。
光子能量和动量为
上面两式左边是描写粒子性的 E、P；右边是描写波动性的 ?、?。 h 将光的粒子性与波动性联系起来。
一切实物粒子都有具有波粒二象性。?
二、粒子的波动性
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”。
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ν和波长λ所描述的波动性。
粒子性
波动性
二者通过h来联系
德布罗意波（物质波）的波长
德布罗意关于实物粒子具有波动性的假说，就像光具有粒子性一样，从以往物理学的观点来看是无法理解的。光的粒子性被光电效应和康普顿效应所证实，已经无可怀疑了。可是，似乎纯粹以类比方法提出的德布罗意波，实在超越了人们的想像力，以至于德布罗意本人也说，他的这些思想，很可能被看做“没有科学特征的狂想曲。
和普朗克的能量量子化，爱因斯坦的光电效应方程一样。刚开始自己都不信，等到别人实验来证明。
三、物质波的实验验证
光
干涉和衍射现象
波动性
找到电子、质子等实物粒子干涉和衍射的图样
验证方法：
实验
结论
1、伦琴射线衍射实验
在伦号射线发现后的十多年间，这种射线到底是不是波长很的电磁波，尚无定论。1912年，德国物理学家劳厄提议，利用晶中体排列规则的物质微粒作为衍射光栅，来检验伦琴射线的波动性。实验获得了成功，证实伦琴射线就是波长为十分之几纳米的电磁波。
*
1927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。
2、电子衍射实验
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。
3、电子双缝实验
1961年琼森（Claus J?nsson）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.
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波与它对应，该波的波长λ= 。
【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。
*
物质波的一个最重要的应用就是电子显微镜的发明．第一台电子显微镜是由德国鲁斯卡（E·Ruska）研制成功，荣获1986年诺贝尔物理奖．
从波动光学可知，由于显微镜的分辨本领与波长成反比，光学显微镜的最大分辨距离大于0.2 μm，最大放大倍数也只有1000倍左右．
自从发现电子有波动性后，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的波长，这样就能制造出用电子波代替光波的电子显微镜．
四、科学漫步
*
电子显微镜
*
电子显微镜下的薰衣草叶子
*
电子显微镜下的红细胞
*
电子显微镜下的二分裂
*
问题与练习
1、答①光是一种概率波，对大量光子才有意义。
②波粒二象性：粒子是指其不连续是一份能量。光的的波长越长其波动性越显著，波长越短其粒子性越显著。
③个别光子的作用效果往往表现为粒子性，大量的光子时表现为波动性。
问题与练习
2、解：由已知可得电子的质量比质子的小
3、解、因为宏观的子弹质量较大，速度也很大