粒子的波动性 ppt课件
合集下载
17.3 粒子的波动性 PPT课件 整理
度并不随 实验发现， 加速电压而单调变化， 加速电压而单调变化，而是出 现一系列峰值。 现一系列峰值。 当 U=54V, θ=500 时 电流有一峰值， 电流有一峰值，此实验验证 了电子具有波动性， 了电子具有波动性，
I
54
U
1 2 mev = eU 电子加速 2 2 (mev ) = 2me eU h h λ= = p 2me eU 2 电子束在两晶面反射加强条件： 电子束在两晶面反射加强条件： d sin = kλ
h h λ= = 2me eU P
再由： 再由：
2d sin = kλ
31
U = 54V, me = 9.11 × 10
6.63 × 10 34
31 19
Kg
λ=
×1.6 × 10 × 54 180 50 电子衍射掠射角： 电子衍射掠射角： = = 650 2 镍单晶 d = 0.91×10 10 m, = 650
v=
ε
h
h λ= P
这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波， 这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也 叫物质波。 叫物质波。
二、德布罗意波（物质波）的实验验证 德布罗意波（物质波） 1、实物微观粒子的波动性 、
后来，大量实验都证实了：质子、中子和原子、 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。 实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布洛意关系。
1929诺贝尔物理学奖 诺贝尔物理学奖
L.V.德布罗意 L.V.德布罗意 电子波动性的理论 研究
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 对电子的衍射作用
电子显微镜
4.德布罗意波的实验验证 4.德布罗意波的实验验证
I
54
U
1 2 mev = eU 电子加速 2 2 (mev ) = 2me eU h h λ= = p 2me eU 2 电子束在两晶面反射加强条件： 电子束在两晶面反射加强条件： d sin = kλ
h h λ= = 2me eU P
再由： 再由：
2d sin = kλ
31
U = 54V, me = 9.11 × 10
6.63 × 10 34
31 19
Kg
λ=
×1.6 × 10 × 54 180 50 电子衍射掠射角： 电子衍射掠射角： = = 650 2 镍单晶 d = 0.91×10 10 m, = 650
v=
ε
h
h λ= P
这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波， 这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波，也 叫物质波。 叫物质波。
二、德布罗意波（物质波）的实验验证 德布罗意波（物质波） 1、实物微观粒子的波动性 、
后来，大量实验都证实了：质子、中子和原子、 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。 实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布洛意关系。
1929诺贝尔物理学奖 诺贝尔物理学奖
L.V.德布罗意 L.V.德布罗意 电子波动性的理论 研究
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 对电子的衍射作用
电子显微镜
4.德布罗意波的实验验证 4.德布罗意波的实验验证
粒子的波动性 课件
德布罗意是第一个由于博士论文（提出的物质波的假 设）获得了诺贝尔奖。
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E和动量P所描述的粒子性，同时也具有以频率和波长
所描述的波动性。
德布罗意关系
E h ＝h P
如速度v=5.0102m/s飞行的子 弹，质量为m=10-2Kg，对应的 德布罗意波长为：
经典波的特征：频 率、波长即时空的 周期性
思考1:波和粒子是两种不同的研究对象,具有非常 不同的表现,那么,为什么对于光子、电子和质子 等粒子又能集它们于一身呢？
二、概率波
明纹处到达的光子数多， 暗纹到达的光子少
这是否可以认为，是光子 之间的相互作用使它表现 出了波动行，而不是光子 本身就具有波动性呢？
h 1.3 1025 nm
mv
太小测不到！
如电子m=9.110-31Kg，速 度v=5.0107m/s, 对应的德 布罗意波长为：
h 1.4 102 nm
mv
X射线波段
二.德布罗意波的实验验证
X 射线照在晶体上可以产 生衍射，电子打在晶体上也能 观察电子衍射。 1. 电子衍射实验1
1927年 C.J.戴维森与 G.P. 革末作电子衍射实验，验证电 子具有波动性。
高二物理选修3-5 17.3：粒子的波动性(共27张PPT)
这种波叫做物质波
D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现 象，所以宏观物体运动时不具有波动性
4．在光电效应实验中，如果需要增大 光电子到达阳极时的速度，可采用哪种 方法？（ ）
A．增加光照时间 B．增大入射光的波长 C．增大入射光的强度 D．增大入射光频率
金属钠产生光电效应的极限频率是 6.0×1014Hz．根据能量转化和守恒守律， 计算用波长0.40μm的单色光照射金属钠时， 产生的光电子的最大初动能是多大？
电子束穿过铝箔后的衍射图像
1、光学显微镜的原理 使用无限远光学系统的显微镜主要由物
镜、管镜和目镜组成。标本经物镜和管镜放 大后，形成放大倒立的实象；实象经目镜再 次放大后，形成放大的虚象。
2、电子显微镜的原理 电子显微镜是根据电子光学原理，用电子
束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质 的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪 器。
所产生的光电子的最大初动能为hv
C.当照射光的频率v大于v0时，若v增大，
则逸出功增大
D.当照射光的频率v大于v0时，若增大一
倍，则光电子的最大初动能也增大一倍
3、下列说法正确的是（ ） A．只有大量电子才能表现波动性
B．只有像电子、质子、认为，任何一个运动着的物体，小 到电子、质子，大到行星、太阳都有一种波和它对应，
课堂小结
光是一种波，同时也是一种粒子，光 具有波粒二象性。 光子的能量与动量之间的关系： ε=hγ P=h/ λ
两式的物理量ε和p描述光的粒子性， γ和 λ描述光的波动性。
实物粒子也具有波动性
一个能量为E、动量为 p 的实物粒子 同时具有波动性，动量为 P 的粒子
波长： h P
频率:
导入新课
D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现 象，所以宏观物体运动时不具有波动性
4．在光电效应实验中，如果需要增大 光电子到达阳极时的速度，可采用哪种 方法？（ ）
A．增加光照时间 B．增大入射光的波长 C．增大入射光的强度 D．增大入射光频率
金属钠产生光电效应的极限频率是 6.0×1014Hz．根据能量转化和守恒守律， 计算用波长0.40μm的单色光照射金属钠时， 产生的光电子的最大初动能是多大？
电子束穿过铝箔后的衍射图像
1、光学显微镜的原理 使用无限远光学系统的显微镜主要由物
镜、管镜和目镜组成。标本经物镜和管镜放 大后，形成放大倒立的实象；实象经目镜再 次放大后，形成放大的虚象。
2、电子显微镜的原理 电子显微镜是根据电子光学原理，用电子
束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质 的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪 器。
所产生的光电子的最大初动能为hv
C.当照射光的频率v大于v0时，若v增大，
则逸出功增大
D.当照射光的频率v大于v0时，若增大一
倍，则光电子的最大初动能也增大一倍
3、下列说法正确的是（ ） A．只有大量电子才能表现波动性
B．只有像电子、质子、认为，任何一个运动着的物体，小 到电子、质子，大到行星、太阳都有一种波和它对应，
课堂小结
光是一种波，同时也是一种粒子，光 具有波粒二象性。 光子的能量与动量之间的关系： ε=hγ P=h/ λ
两式的物理量ε和p描述光的粒子性， γ和 λ描述光的波动性。
实物粒子也具有波动性
一个能量为E、动量为 p 的实物粒子 同时具有波动性，动量为 P 的粒子
波长： h P
频率:
导入新课
粒子的波动性PPT教学课件
A
F
F
B
①跟主轴平行的光线， ②通过焦点的光线， ③通过光心的光线经
折射后通过焦点；
折射后跟主轴平行； 过透镜后方向不变。
u<f
A`
A
F
F
B
B`
①跟主轴平行的光线， ②通过焦点的光线，
折射后通过焦点；
折射后跟主轴平行；
③通过光心的光线经 过透镜后方向不变。
凸透镜成像
按要求画出光路图
S`
S2
F
O
F
光的干涉
光的
光的
光
波动说 电磁说
的
本
性
光的衍射 电磁波谱
光的 微粒说
光的 光量子说
光电效应
薄膜干涉 双缝干涉
光的波、 粒二象
性
（一）光的波动性
• 光的干涉 • 光的衍射 • 光的电磁说
光的干涉：
• 单色光双缝干涉分析 • 不同色光干涉比较 • 结论 • 应用：薄膜干涉
不同色光通过同一双缝产生的干涉图样
• 3.明显衍射的现象 • （1）白光的单缝衍射：中央宽、亮的白色条纹；两
侧窄、暗的彩色条纹； （2）单色光的单缝衍射：中央宽、亮的明条纹；
两侧明暗相间的条纹，条纹间距向两侧越来越窄.
光的电磁说：
• 19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦提出 电磁场的理论，预见了电磁波的存在，并提 出电磁波是横波，传播的速度等于光速.根据 它跟光波的这些相似性，指出“光波是一种 电磁波”——光的电磁说.1888年赫兹用实验 证实了电磁波的存在，测得它传播的速度等 于光速，与麦克斯韦的预言符合得相当好， 证实了光的电磁说是正确的.
A
F
F
B
粒子的波动性PPT课件
第17页/共19页
7．下列说法中正确的是 ( )． A．质量大的物体，其德布罗意波长短 B．速度大的物体，其德布罗意波长短 C．动量大的物体，其德布罗意波长短 D．动能大的物体，其德布罗意波长短
第18页/共19页
感谢您的观看！
第19页/共19页
第14页/共19页
4．人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下 列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的
是 ( BCD)．
A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说” 本质上是一样的 B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性 C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波 D．光具有波粒二象性
第15页/共19页
第11页/共19页
光的 光的本性
h
波粒
二象 性
光子的动量和能量
p h
德布罗意波（物质波）
粒子
h
的波
p
动性
物质波的波 长和频率
h
第12页/共19页
1．下列实验中，能证实光具有粒子性的是
( A )．
A．光电效应实验
B．光的双缝干涉实验
C．光的圆孔衍射实验 D．泊松亮斑实验
2．下列现象能说明光具有波粒二象性的是( D )．
(2)个别光子产生的效果往往显示出 粒子性 ， 比如 光电效应 、 康普顿效应 等光子与电子的 作用是一份一份进行的，这些都体现了光的粒子 性． (3)光既具有 波动性 又具有 粒子性 ，光具有 波 粒二象性 ．
第2页/共19页
2、光子的能量和动量
(1)能量：ε＝ hv
(2)动量：p＝
第3页/共19页
第7页/共19页
(3)说明 ①人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的 波动性 ，对于这些粒子，德布罗意给出的 v＝ 和λ＝ 关系同样正确．
7．下列说法中正确的是 ( )． A．质量大的物体，其德布罗意波长短 B．速度大的物体，其德布罗意波长短 C．动量大的物体，其德布罗意波长短 D．动能大的物体，其德布罗意波长短
第18页/共19页
感谢您的观看！
第19页/共19页
第14页/共19页
4．人类对光的本性的认识经历了曲折的过程．下 列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的
是 ( BCD)．
A．牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说” 本质上是一样的 B．光的双缝干涉实验显示了光具有波动性 C．麦克斯韦预言了光是一种电磁波 D．光具有波粒二象性
第15页/共19页
第11页/共19页
光的 光的本性
h
波粒
二象 性
光子的动量和能量
p h
德布罗意波（物质波）
粒子
h
的波
p
动性
物质波的波 长和频率
h
第12页/共19页
1．下列实验中，能证实光具有粒子性的是
( A )．
A．光电效应实验
B．光的双缝干涉实验
C．光的圆孔衍射实验 D．泊松亮斑实验
2．下列现象能说明光具有波粒二象性的是( D )．
(2)个别光子产生的效果往往显示出 粒子性 ， 比如 光电效应 、 康普顿效应 等光子与电子的 作用是一份一份进行的，这些都体现了光的粒子 性． (3)光既具有 波动性 又具有 粒子性 ，光具有 波 粒二象性 ．
第2页/共19页
2、光子的能量和动量
(1)能量：ε＝ hv
(2)动量：p＝
第3页/共19页
第7页/共19页
(3)说明 ①人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的 波动性 ，对于这些粒子，德布罗意给出的 v＝ 和λ＝ 关系同样正确．
人教版高中物理选修-粒子的波动性课件-ppt精品课件
3.物体的两个分运动是直线运动，则 它们的 合运动 一定是 直线运 动 4.若两个互成角度的分运动分别是匀 速直线 运动和 匀加速 直线运 动，则 合运动 一定是 曲线运 动 5.科学家在对黄化豌豆幼苗切段的实 验研究 中发现 ，低浓 度的生 长素促 进细胞 的伸长 ，但生 长素浓 度增高 到一定 值时， 就会促 进切段 中乙烯 的合成 ，而乙 烯含量 的增高 ，反过 来又抑 制了生 长素促 进切段 细胞伸 长的作 用。 6.科学家在对黄化豌豆幼苗切段的实 验研究 中发现 ，低浓 度的生 长素促 进细胞 的伸长 ，但生 长素浓 度增高 到一定 值时， 就会促 进切段 中乙烯 的合成 ，而乙 烯含量 的增高 ，反过 来又抑 制了生 长素促 进切段 细胞伸 长的作 用。 7.先用低 倍镜找 到叶肉 细胞， 然后换 用高倍 镜观察 。注意 观察叶 绿体随 着细胞 质流动 的情况 ，仔细 看看每 个细胞 中细胞 质流动 的方向 是否一 致致。 8.内质网 以类似 于“出 芽”的 形式形 成具有 膜的小 泡，小 泡离开 内质网 ，移动 到高尔 基体与 高尔基 体融合 ，成为 高尔基 体的一 部分。 高尔基 体又以 “出芽 ”方式 形成小 泡，移 动到细 胞膜与 细胞膜 融合， 成为细 胞膜的 一部分 。 9.使细胞具有一个相对稳定的内部环 境。在 物质的 运输与 交换及 信息传 递中起 决定性 作用。 10.核糖体普遍分布在原核细胞和真核 细胞中 ，因此 根据核 糖体的 有无不 能确定 这些生 物的类 别。 11.汗液的主要成分是水，也含有无机 盐和尿 素等物 质。酷 暑季节 ，室外 作业的 工人出 汗多， 水、无 机盐被 排出， 造成体 内水、 无机盐 的含量 减少。 失水过 多，会 脱水而 危及生 命。生 物体内 无机盐 离子必 须保持 一定的 比例， 这对维 持细胞 内的渗 透压和 酸碱平 衡很重 要，这 是生物 体 进行正常 生命活 动必要 的条件 。大量 出汗后 ，除补 充水分 外，还 应该补 充无机 盐，所 以应喝 盐汽水 。
粒子的波动性ppt课件
应用领域
应用于密码学、化学模拟、优化问题等领域，如 实现大数因子分解、模拟化学反应过程、求解组 合优化问题等。
05
粒子波动性的实验验证
电子衍射实验
01
实验原理
电子衍射实验利用电子的波动性，通过晶体对电子的衍射作用来验证电
子的波动性。当电子通过晶体时，会受到晶体中原子的散射作用，形成
衍射图案。
02
粒子波动性在凝聚态物理、材料科学、化学等领域中具有重要的应用价 值，为解释和预测物质的性质和行为提供了理论支持。
它为开发新的电子器件、光电器件和量子计算技术等提供了理论指导和 技术支持。
粒子波动性的研究也为解决能源、环境、医疗等领域中的实际问题提供 了新的思路和方法。
THANK YOU
实验结果
通过中子衍射实验，可以观察到中子的衍射图案，从而验证中子的波动性。此外，还可以 通过测量衍射角度等参数来研究物质的结构和性质。
其他相关实验验证
粒子干涉实验
粒子干涉实验利用粒子的波动性，通过双缝干涉等方式来验证粒子的波动性。例如，电子双缝干涉实验可以 观察到电子的干涉现象，从而验证电子的波动性。
干涉实验装置
粒子干涉实验需要使用粒子源、分束器、反射镜、探测器 等装置，其中分束器是将粒子波分为两束或多束的关键部 件。
干涉实验结果
通过干涉实验可以观察到粒子的波动性，如双缝干涉实验 中可以观察到粒子通过双缝后形成的干涉条纹，这些条纹 的位置和间距与粒子的波长有关。
03
粒子波动性的数学描述
薛定谔方程
应用领域
广泛应用于生物学、医学 、材料科学等领域，如观 察细胞、病动性，通过分束、 反射和干涉等过程，实现对中子
波函数的操控和测量。
优点
应用于密码学、化学模拟、优化问题等领域，如 实现大数因子分解、模拟化学反应过程、求解组 合优化问题等。
05
粒子波动性的实验验证
电子衍射实验
01
实验原理
电子衍射实验利用电子的波动性，通过晶体对电子的衍射作用来验证电
子的波动性。当电子通过晶体时，会受到晶体中原子的散射作用，形成
衍射图案。
02
粒子波动性在凝聚态物理、材料科学、化学等领域中具有重要的应用价 值，为解释和预测物质的性质和行为提供了理论支持。
它为开发新的电子器件、光电器件和量子计算技术等提供了理论指导和 技术支持。
粒子波动性的研究也为解决能源、环境、医疗等领域中的实际问题提供 了新的思路和方法。
THANK YOU
实验结果
通过中子衍射实验，可以观察到中子的衍射图案，从而验证中子的波动性。此外，还可以 通过测量衍射角度等参数来研究物质的结构和性质。
其他相关实验验证
粒子干涉实验
粒子干涉实验利用粒子的波动性，通过双缝干涉等方式来验证粒子的波动性。例如，电子双缝干涉实验可以 观察到电子的干涉现象，从而验证电子的波动性。
干涉实验装置
粒子干涉实验需要使用粒子源、分束器、反射镜、探测器 等装置，其中分束器是将粒子波分为两束或多束的关键部 件。
干涉实验结果
通过干涉实验可以观察到粒子的波动性，如双缝干涉实验 中可以观察到粒子通过双缝后形成的干涉条纹，这些条纹 的位置和间距与粒子的波长有关。
03
粒子波动性的数学描述
薛定谔方程
应用领域
广泛应用于生物学、医学 、材料科学等领域，如观 察细胞、病动性，通过分束、 反射和干涉等过程，实现对中子
波函数的操控和测量。
优点
粒子的波动性课件-(多场景)
粒子的波动性课件一、引言自古以来，人们对于物质的本质和组成一直充满好奇。
随着科学技术的不断发展，人们对于微观世界的认识逐渐深入。
量子力学作为现代物理学的基础，揭示了粒子的波动性，为我们理解物质的本质提供了新的视角。
本课件旨在介绍粒子的波动性，分析其产生原因、实验验证以及在实际应用中的重要性。
二、粒子的波动性1.波粒二象性在量子力学中，粒子具有波粒二象性，即既表现出粒子的特性，又表现出波的特性。
这一现象在微观世界中普遍存在，如电子、光子等。
粒子的波动性是指粒子在空间中表现出波动性质，如干涉、衍射等现象。
2.波函数波函数是描述粒子波动性的数学工具，用于表示粒子的状态。
波函数具有概率解释，即在某个位置和某个时间找到粒子的概率密度。
波函数的模平方表示粒子在该位置的概率密度。
3.薛定谔方程薛定谔方程是量子力学的基本方程，描述了波函数随时间的演化。
通过求解薛定谔方程，可以得到粒子的波函数，从而了解粒子的状态和性质。
三、粒子的波动性实验验证1.电子衍射实验1927年，克林顿·戴维森和雷斯特·革末在美国贝尔实验室进行了电子衍射实验。
他们用电子束照射晶体，观察到了电子的衍射图样。
这一实验证明了电子具有波动性，为量子力学的波粒二象性提供了直接证据。
2.中子衍射实验20世纪30年代，詹姆斯·查德威克和奥托·弗里施进行了中子衍射实验。
他们发现，中子在与晶体相互作用时，也会表现出衍射现象。
这一实验进一步证实了粒子的波动性，并推动了量子力学的发展。
3.光电效应光电效应是指光照射金属表面时，金属表面的电子被激发并逸出。
爱因斯坦提出了光量子假说，认为光子具有粒子性质，能够将能量传递给电子。
这一理论解释了光电效应，并为量子力学的发展奠定了基础。
四、粒子的波动性在实际应用中的重要性1.半导体器件半导体器件的原理基于电子的波动性。
在半导体材料中，电子的运动受到周期性势场的影响，表现出波动性。
这种波动性使得电子在半导体中能够发生干涉、衍射等现象，从而实现器件的功能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1621年荷兰科学家菲涅耳（W. snell, 1580~1626）从实验归 纳出反射定律、折射定律，在此基础上诞生了几何光学。
二、光的微粒说和波动说
光是一种粒子!
光是一种波!
牛顿(Newton)
惠更斯(Huygens)
1668年英国科学家牛顿（Newton）提出光的微粒说， 1678年荷兰物理学家惠更斯（Huygens）提出光的波动说。
从光学发展史可以看出，光的干涉、衍射、 偏振等现象证实了光的波动性，而黑体辐射、 光电效应和康普顿效应等又证实了光的微粒性， 光具有“波粒二相性”（Wave-particle duality）。光在传播的过程中主要表现出波动 性，而在与物质相互作用时主要表现出微粒性。
光学发展史
托马斯·杨 菲涅耳 双缝干涉 衍射实验
两种学说的争论持续了几个世纪，起初微粒说占优，到19
世纪初，人们对光本质的认识逐渐趋向于波动说。下表例
举了几个世纪以来两种学说的拥护者，以及它们刚被提出
时的出发点和存在的问题：
支持者
能够解释/无法解释（刚提出时）
牛顿（Newton）
光的直线传播
微 毕奥（Biot）
光的反射
粒 拉普拉斯（Laplace） 光的折射
电子衍射
G.P.汤姆孙（1927） 电子衍射实验
多晶 铝 箔
约恩孙（Claus Jö电ns子son的1单96缝0、）双缝、三缝和四缝衍射实验图象
单缝衍射 双缝衍射 三缝衍射 四缝衍射
三.物质波的实验验证
电子在氧化镁晶体半 平面的直边衍射
氧化锌晶体对电子的衍射
钨晶体薄片对 电子的衍射
至此，微观粒子具有波粒二象性的理 论得到了公认。电子衍射、中子衍射、 原子和分子束在晶体表面散射所产生的 衍射实验都获得了成功。
下面通过两个例子来进行说明。
如：速度υ = 5.0102m/s飞行的子弹，质量为 m =10-2Kg，对应的德布罗意波长为：
m h1.31025nm太小测不到！
如：电子m=9.110-31Kg，速度υ = 5.0107m/s， 对应的德布罗意波长为：
h 1.4102nm m
X射线波段
宏观物体的波动性不必考虑，只考虑其粒子性。
电子显微镜
电子在两个 电极间加速，由 于电压越高，电 子最终获得的动 量越大，它的波 长越短，分辨能 力就越强。
电子显微镜下的灰尘
1. 电子衍射实验
1927年，戴维孙和汤姆孙进行了电子衍
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。
阴极 栅极 多晶
K
G
薄膜
Cs
U
高压
屏P 电子衍射图样
1927年，G.P.汤姆孙令一电子束通过薄铝 箔，结果发现，同X射线一样，也能得到清晰 的电子衍射图样。
X射线衍射
解：
eU
1 2
m02
2eU m0
h
h
h
m 0 m0 2eU m0 2em 0U
12.21010m
12 .2
o
A
U
U
当U150V0时 0, 11 011m
要观察电子的波性，必须利用晶体进行类 似于X射线的衍射实验。
二.粒子的波粒二象性 可获得电子在不同电压下的波长
U1V 0, 0.3n 9m
说 泊松（Poission）
光在折射率大的介质中传播
马吕斯（Malus）
速率小
光的干涉
胡克（Hooke）
光的直线传播
波 惠更斯（Huygens）
光的反射
动 托马斯·杨（T.Young） 光的折射
说 夫琅和费(Fraunhofer) 光在折射率大的介质中
菲涅耳（Fresnel）
传播速率小【该结论于1862
赫兹 电磁波实验
实验
惠更斯
麦克斯韦
波
波动说
电磁说
动
性
1690 1672
牛顿 微粒说
1801 1814
18641888 1916 1905 1922
T/年
赫兹 发现光电效应
爱因斯坦 光子说
粒 康普顿效应 子
性
牛顿微粒说 占主导地位
波动说 渐成真理
密立根 光电效应实验
光的本性
• 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？
四、量子光学时期
19世纪末到20世纪初，光学的研究深入到光的发生、光和物 质的相互作用的微观结构中。一些新的实验，如热辐射、光电效 应和康普顿效应等，用经典电磁波理论都无法解释。
普朗克（Planck） 爱因斯坦（Einstein） 康普顿（Compton）
1900年普朗克提出辐射能量的量子化理论，成功地解释了黑体 辐射问题。1905年爱因斯坦提出光量子理论，圆满地解释了光电 效应。爱因斯坦的结论于1923年被康普顿的散射实验所证实。
傅科（Foucault）
年
被傅科实验所证实】
对光的波动说给予有力支持的几个实验： 1、 1801年托马斯 · 杨（Thomas Young）完成了著名的 “杨氏”实验，并提出了干涉原理； 2、 1809年，马吕斯（Malus）发现了光的横波性；（尽 管马吕斯当时认为他的发现是对波动说有力的驳斥） 3、 1815年，菲涅耳（Fresnel）综合了惠更斯子波假设 和杨氏干涉原理，用次波干涉理论成功地解释了光的直线传 播规律，并且定量地说明了光的衍射图样光强分布规律（如 泊松亮斑）。
─ 德布罗意波长（de Broglie wavelength）
1929年,德布罗意荣获诺贝尔物理学奖，在 颁奖仪式上，主席奥西恩无限感慨地说:“如果 诗人把我们的人生比作是波，改为我们是波才 更为贴切。”
既然一切运动的物体都具有波动性，那么宏 观物体为什么仅表现出粒子性，而没有表现出波 动性呢？
U10V,00.12n3m 与x射线的波长相当 U10V0,00.03n9m
三.物质波的实验验证
由于德布罗意博士论 文独创性，得到了答辩委 员会的高度评价，但是人 们总觉得他的想法过于玄 妙，无法接受。于是，有 0.1nm 人质问：有什么可以验证 这一新的观念？
如果你是德布罗意， 将如何验证自己的观点？
例2 乒乓球的质量为2.0g,速度为5m/s,求德布 罗意波长 ？
解 pmv
由德布罗意公式
h
6.631034
m0v 2.01035
=6.631032m6.631023nm
普朗克常数值极小，宏观物体的波长太短,到现 在为止，我们无法观察到宏观物体的波动性。
例：静止的电子经电场加速，加速电势差为U，速度υ << c。求：德布罗意波长。不考虑相对论效应
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”。
二.粒子的波粒二象性
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 v 和波长λ所描述的波动性。
Eh
p h
E h
h p
爱因斯坦 ─ 德布罗意关系式
与粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波.
• 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。”
• 那么光的本性到底是什么？
一.光的波粒二象性
粒子性
（具有能量）
ph
（具有动量）
波动性
（具有频率）
（具有波长）
m2ch
p mc h
h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁
频率低、波长长， 波动性较明显
17.3崭新的一页: 粒子的波动性
德布罗意 (de Broglie, 1892-1987)
第十七章 波粒二象性
----- 光的认识发展史-------
什么是光？ 光是什么？ 让我们 抚去岁月的风尘 打开历史的卷面 踏着前人的足迹 回顾一下光学说的发展
光学发展史
光是什么?
一、几何光学时期
早在我国先秦时代（公元前400－382年），《墨经》中就详 细论述了光的直线传播、光的反射以及平面镜、凹面镜和凸面镜 的成像规律。而在之后约一百年，古希腊的欧几里德也专门著书 《光学》，对人眼为何能看到物体、光的反射性质、球面镜焦点 等问题进行了探讨。
三、光的电磁学说
光是一种电磁波。
你的预言是对的！
麦克斯韦（Maxwell ）
赫兹（Hertz ）
1860年，麦克斯韦总结出麦克斯韦方程组，得出电磁波在 真空中传播的速度等于光速 c ，从而预言光是一种电磁波。 1888年赫兹用实验证实了麦克斯韦的预言。
通过大量实践可知，红外线、紫外线和X 射线等都是电磁 波，它们的区别仅是频率（波长）不同而已，从而使光的波 动理论成为电磁理论的一部分。
光具有波粒二象性
频率高、波长短， 粒子性较明显
二.粒子的波粒二象性
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，用类比方法分析问题。
1924年，他考虑到普朗克量子 爱因斯坦光子理论的成功在博士论 文《关于量子理论的研究》中大胆 地把光的波粒二象性推广实物粒子， 如电子，质子等。于是他提出实物 粒子也具有波动性。这种与实物粒 子相联系的波称为德布罗意波.
二、光的微粒说和波动说
光是一种粒子!
光是一种波!
牛顿(Newton)
惠更斯(Huygens)
1668年英国科学家牛顿（Newton）提出光的微粒说， 1678年荷兰物理学家惠更斯（Huygens）提出光的波动说。
从光学发展史可以看出，光的干涉、衍射、 偏振等现象证实了光的波动性，而黑体辐射、 光电效应和康普顿效应等又证实了光的微粒性， 光具有“波粒二相性”（Wave-particle duality）。光在传播的过程中主要表现出波动 性，而在与物质相互作用时主要表现出微粒性。
光学发展史
托马斯·杨 菲涅耳 双缝干涉 衍射实验
两种学说的争论持续了几个世纪，起初微粒说占优，到19
世纪初，人们对光本质的认识逐渐趋向于波动说。下表例
举了几个世纪以来两种学说的拥护者，以及它们刚被提出
时的出发点和存在的问题：
支持者
能够解释/无法解释（刚提出时）
牛顿（Newton）
光的直线传播
微 毕奥（Biot）
光的反射
粒 拉普拉斯（Laplace） 光的折射
电子衍射
G.P.汤姆孙（1927） 电子衍射实验
多晶 铝 箔
约恩孙（Claus Jö电ns子son的1单96缝0、）双缝、三缝和四缝衍射实验图象
单缝衍射 双缝衍射 三缝衍射 四缝衍射
三.物质波的实验验证
电子在氧化镁晶体半 平面的直边衍射
氧化锌晶体对电子的衍射
钨晶体薄片对 电子的衍射
至此，微观粒子具有波粒二象性的理 论得到了公认。电子衍射、中子衍射、 原子和分子束在晶体表面散射所产生的 衍射实验都获得了成功。
下面通过两个例子来进行说明。
如：速度υ = 5.0102m/s飞行的子弹，质量为 m =10-2Kg，对应的德布罗意波长为：
m h1.31025nm太小测不到！
如：电子m=9.110-31Kg，速度υ = 5.0107m/s， 对应的德布罗意波长为：
h 1.4102nm m
X射线波段
宏观物体的波动性不必考虑，只考虑其粒子性。
电子显微镜
电子在两个 电极间加速，由 于电压越高，电 子最终获得的动 量越大，它的波 长越短，分辨能 力就越强。
电子显微镜下的灰尘
1. 电子衍射实验
1927年，戴维孙和汤姆孙进行了电子衍
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。
阴极 栅极 多晶
K
G
薄膜
Cs
U
高压
屏P 电子衍射图样
1927年，G.P.汤姆孙令一电子束通过薄铝 箔，结果发现，同X射线一样，也能得到清晰 的电子衍射图样。
X射线衍射
解：
eU
1 2
m02
2eU m0
h
h
h
m 0 m0 2eU m0 2em 0U
12.21010m
12 .2
o
A
U
U
当U150V0时 0, 11 011m
要观察电子的波性，必须利用晶体进行类 似于X射线的衍射实验。
二.粒子的波粒二象性 可获得电子在不同电压下的波长
U1V 0, 0.3n 9m
说 泊松（Poission）
光在折射率大的介质中传播
马吕斯（Malus）
速率小
光的干涉
胡克（Hooke）
光的直线传播
波 惠更斯（Huygens）
光的反射
动 托马斯·杨（T.Young） 光的折射
说 夫琅和费(Fraunhofer) 光在折射率大的介质中
菲涅耳（Fresnel）
传播速率小【该结论于1862
赫兹 电磁波实验
实验
惠更斯
麦克斯韦
波
波动说
电磁说
动
性
1690 1672
牛顿 微粒说
1801 1814
18641888 1916 1905 1922
T/年
赫兹 发现光电效应
爱因斯坦 光子说
粒 康普顿效应 子
性
牛顿微粒说 占主导地位
波动说 渐成真理
密立根 光电效应实验
光的本性
• 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？
四、量子光学时期
19世纪末到20世纪初，光学的研究深入到光的发生、光和物 质的相互作用的微观结构中。一些新的实验，如热辐射、光电效 应和康普顿效应等，用经典电磁波理论都无法解释。
普朗克（Planck） 爱因斯坦（Einstein） 康普顿（Compton）
1900年普朗克提出辐射能量的量子化理论，成功地解释了黑体 辐射问题。1905年爱因斯坦提出光量子理论，圆满地解释了光电 效应。爱因斯坦的结论于1923年被康普顿的散射实验所证实。
傅科（Foucault）
年
被傅科实验所证实】
对光的波动说给予有力支持的几个实验： 1、 1801年托马斯 · 杨（Thomas Young）完成了著名的 “杨氏”实验，并提出了干涉原理； 2、 1809年，马吕斯（Malus）发现了光的横波性；（尽 管马吕斯当时认为他的发现是对波动说有力的驳斥） 3、 1815年，菲涅耳（Fresnel）综合了惠更斯子波假设 和杨氏干涉原理，用次波干涉理论成功地解释了光的直线传 播规律，并且定量地说明了光的衍射图样光强分布规律（如 泊松亮斑）。
─ 德布罗意波长（de Broglie wavelength）
1929年,德布罗意荣获诺贝尔物理学奖，在 颁奖仪式上，主席奥西恩无限感慨地说:“如果 诗人把我们的人生比作是波，改为我们是波才 更为贴切。”
既然一切运动的物体都具有波动性，那么宏 观物体为什么仅表现出粒子性，而没有表现出波 动性呢？
U10V,00.12n3m 与x射线的波长相当 U10V0,00.03n9m
三.物质波的实验验证
由于德布罗意博士论 文独创性，得到了答辩委 员会的高度评价，但是人 们总觉得他的想法过于玄 妙，无法接受。于是，有 0.1nm 人质问：有什么可以验证 这一新的观念？
如果你是德布罗意， 将如何验证自己的观点？
例2 乒乓球的质量为2.0g,速度为5m/s,求德布 罗意波长 ？
解 pmv
由德布罗意公式
h
6.631034
m0v 2.01035
=6.631032m6.631023nm
普朗克常数值极小，宏观物体的波长太短,到现 在为止，我们无法观察到宏观物体的波动性。
例：静止的电子经电场加速，加速电势差为U，速度υ << c。求：德布罗意波长。不考虑相对论效应
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”。
二.粒子的波粒二象性
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 v 和波长λ所描述的波动性。
Eh
p h
E h
h p
爱因斯坦 ─ 德布罗意关系式
与粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波.
• 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。”
• 那么光的本性到底是什么？
一.光的波粒二象性
粒子性
（具有能量）
ph
（具有动量）
波动性
（具有频率）
（具有波长）
m2ch
p mc h
h 架起了粒子性与波动性之间的桥梁
频率低、波长长， 波动性较明显
17.3崭新的一页: 粒子的波动性
德布罗意 (de Broglie, 1892-1987)
第十七章 波粒二象性
----- 光的认识发展史-------
什么是光？ 光是什么？ 让我们 抚去岁月的风尘 打开历史的卷面 踏着前人的足迹 回顾一下光学说的发展
光学发展史
光是什么?
一、几何光学时期
早在我国先秦时代（公元前400－382年），《墨经》中就详 细论述了光的直线传播、光的反射以及平面镜、凹面镜和凸面镜 的成像规律。而在之后约一百年，古希腊的欧几里德也专门著书 《光学》，对人眼为何能看到物体、光的反射性质、球面镜焦点 等问题进行了探讨。
三、光的电磁学说
光是一种电磁波。
你的预言是对的！
麦克斯韦（Maxwell ）
赫兹（Hertz ）
1860年，麦克斯韦总结出麦克斯韦方程组，得出电磁波在 真空中传播的速度等于光速 c ，从而预言光是一种电磁波。 1888年赫兹用实验证实了麦克斯韦的预言。
通过大量实践可知，红外线、紫外线和X 射线等都是电磁 波，它们的区别仅是频率（波长）不同而已，从而使光的波 动理论成为电磁理论的一部分。
光具有波粒二象性
频率高、波长短， 粒子性较明显
二.粒子的波粒二象性
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，用类比方法分析问题。
1924年，他考虑到普朗克量子 爱因斯坦光子理论的成功在博士论 文《关于量子理论的研究》中大胆 地把光的波粒二象性推广实物粒子， 如电子，质子等。于是他提出实物 粒子也具有波动性。这种与实物粒 子相联系的波称为德布罗意波.