人教版優(yōu)質(zhì)公開(kāi)課精選——高中物理粒子的波動(dòng)性

1、,《粒子的波動(dòng)性》,,執(zhí)教教師：XXX,,,有記者曾問(wèn)英國(guó)物理學(xué)家、諾貝爾獲獎(jiǎng)?wù)卟祭窠淌冢汗馐遣ㄟ€是粒子？布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一個(gè)波，星期二、四、六它是一個(gè)粒子，星期天物理學(xué)家休息。”如果你是布拉格教授，將如何機(jī)智地回答？那么光的本性到底是什么？,密立根光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn),,,T/年,波動(dòng)性,粒子性,,1801,托馬斯·楊雙縫干涉實(shí)驗(yàn),,1814,菲涅耳衍射實(shí)驗(yàn),赫茲電磁波實(shí)驗(yàn),赫茲發(fā)現(xiàn)光電效

2、應(yīng),康普頓效應(yīng),牛頓微粒說(shuō)占主導(dǎo)地位,,,波動(dòng)說(shuō)漸成真理,光學(xué)發(fā)展史,,,T/年,波動(dòng)性,粒子性,,,,光既具有粒子性，又具有波動(dòng)性。,光學(xué)發(fā)展史,粒子性,波動(dòng)性,（具有能量）,（具有頻率）,（具有動(dòng)量）,h架起了粒子性與波動(dòng)性之間的橋梁,（具有波長(zhǎng)）,一、光的波粒二象性,二、德布羅意波（物質(zhì)波）,De . Broglie 1923年發(fā)表了題為“波和粒子”的論文，提出了物質(zhì)波的概念。,他認(rèn)為，“整個(gè)世紀(jì)以來(lái)（指19世紀(jì)）在光學(xué)中與波動(dòng)

3、方面的研究相比，忽視了粒子方面的研究，而在實(shí)物粒子上，是否發(fā)生了相反的錯(cuò)誤呢？是不是我們把粒子的圖象想得太多，而過(guò)分忽略了波的圖象呢”,德布羅意 (due de Broglie, 1892-1960),,德布羅意原來(lái)學(xué)習(xí)歷史，后來(lái)改學(xué)理論物理學(xué)。他善于用歷史的觀點(diǎn)，用對(duì)比的方法分析問(wèn)題。 1923年，德布羅意試圖把粒子性和波動(dòng)性統(tǒng)一起來(lái)。1924年，在博士論文《關(guān)于量子理論的研究》中提出德布羅意波,同時(shí)提出用電子在晶體上

4、作衍射實(shí)驗(yàn)的想法。 愛(ài)因斯坦覺(jué)察到德布羅意物質(zhì)波思想的重大意義，譽(yù)之為“揭開(kāi)一幅大幕的一角”。,法國(guó)物理學(xué)家，1929年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠基人之一。,能量為E、動(dòng)量為p的粒子與頻率為v、波長(zhǎng)為?的波相聯(lián)系，并遵從以下關(guān)系：,這種和實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱(chēng)為德布羅意波(物質(zhì)波或概率波),其波長(zhǎng)?稱(chēng)為德布羅意波長(zhǎng)。,一切實(shí)物粒子都有波動(dòng)性 　　后來(lái)，大量實(shí)驗(yàn)都證實(shí)了：質(zhì)子、中子和原子、分子

5、等實(shí)物微觀粒子都具有波動(dòng)性，并都滿(mǎn)足德布洛意關(guān)系。一顆子彈、一個(gè)足球有沒(méi)有波動(dòng)性呢？　　質(zhì)量 m = 0.01kg，速度 v = 300 m/s 的子彈的德布洛意波長(zhǎng)為　　　　　　 計(jì)算結(jié)果表明，子彈的波長(zhǎng)小到實(shí)驗(yàn)難以測(cè)量的程度。所以，宏觀物體只表現(xiàn)出粒子性。,由光的波粒二象性的思想推廣到微觀粒子和任何運(yùn)動(dòng)著的物體上去，得出物質(zhì)波（德布羅意波）的概念：任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體都有一種波與它對(duì)應(yīng)，該波的波長(zhǎng)λ= 。

6、,【例1】試估算一個(gè)中學(xué)生在跑百米時(shí)的德布羅意波的波長(zhǎng)。,解：估計(jì)一個(gè)中學(xué)生的質(zhì)量m≈50kg ，百米跑時(shí)速度v≈7m/s ，則,由計(jì)算結(jié)果看出，宏觀物體的物質(zhì)波波長(zhǎng)非常小，所以很難表現(xiàn)出其波動(dòng)性。,【例2】(1)電子動(dòng)能Ek=100 eV；(2)子彈動(dòng)量p=6.63×106 kg.m.s-1, 求德布羅意波長(zhǎng)。,解 (1)因電子動(dòng)能較小，速度較小，可用非相對(duì)論公式求解。,=1.23Å,(2)子彈:,h= 6.63

7、×10-34,= 1.0×10-40m,可見(jiàn)，只有微觀粒子的波動(dòng)性較顯著；而宏觀粒子(如子彈)的波動(dòng)性根本測(cè)不出來(lái)。,波的干涉：兩列波相遇區(qū)域，有的區(qū)域振動(dòng)加強(qiáng)有的區(qū)域振動(dòng)減弱，且加強(qiáng)區(qū)與減弱區(qū)相互間隔的現(xiàn)象干涉條件：頻率相同，相位差恒定波的衍射：波繞過(guò)障礙物或小孔到達(dá)影區(qū)的現(xiàn)象。明顯衍射的條件：障礙物或孔的尺寸比波長(zhǎng)小或相差不多。,補(bǔ)充：干涉、衍射是波特有的現(xiàn)象,二、物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（戴維遜－革末實(shí)驗(yàn)）,19

8、27年，Davisson和Germer 進(jìn)行了電子衍射實(shí)驗(yàn)。（該實(shí)驗(yàn)榮獲1937年Nobel 物理學(xué)獎(jiǎng)）,1927年 C.J.戴維森與 G.P.革末作電子衍射實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證電子具有波動(dòng)性。,戴維遜和革末的實(shí)驗(yàn)是用電子束垂直投射到鎳單晶，電子束被散射。其強(qiáng)度分布可用德布羅意關(guān)系和衍射理論給以解釋?zhuān)瑥亩?yàn)證了物質(zhì)波的存在。,L.V.德布羅意 電子波動(dòng)性的理論研究,1929諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng),C.J.戴維孫 和G.P.湯姆孫通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)晶體對(duì)電