1、17.3粒子的波动性粒子的波动性人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)有记者曾问英国物理学家、诺贝尔获奖者布拉格教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？授：光是波还是粒子？布拉格幽默地回答道：布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是一个星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家波，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休息。休息。”那么光的本性到底是什么？那么光的本性到底是什么？光是一种物质，它既具有粒子性，又具有波动性。在不同条件下表现出不
2、同特性。本节将针对光的这两个特性进一步的展开分析。人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)光学发展史光学发展史 早在我国先秦时代（公元前400382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。人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)牛顿牛顿(Newton
3、)光是一种粒子光是一种粒子!托马斯托马斯 杨杨光是一种波光是一种波!光是一种电光是一种电磁波磁波!麦克斯韦（麦克斯韦（Maxwell）爱因斯坦（爱因斯坦（Einstein）光是波又是光是波又是粒子粒子!人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)一、光的波粒二象性一、光的波粒二象性大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。hhp粒子性粒子性波动性波动性（具有能量E）（具有频率（具有频率f）（具有动量）hph架起了粒子性与波动性之间的桥梁架起了粒子性与波动性之间的桥梁（具有波长）（具有
4、波长）人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)光具有光具有波粒二象性波粒二象性 光的分立性和连续性是相对的，是不同条件下的表现，光子的行为服从统计规律。频率低、波长长，频率低、波长长，波动性较明显波动性较明显频率高、波长短，频率高、波长短，粒子性较明显粒子性较明显干涉光电效应人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)二、粒子的波动性二、粒子的波动性 法国物理学家，德布罗意原来学习历史，后来改学理论物理学。他
5、善于用历史的观点，用对比的方法分析问题。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。光的波粒光的波粒二象性二象性实物粒子实物粒子推广电子、质子、原子、小石子、人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系,如一个质量为 m 的实物粒子以速率 v 运动时,即具有以能量和动量 p 所描述的粒子性，同时也具有以频率 v 和波长所描述的波动性。hvhp hEv ph人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理
6、选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)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，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。等到别人实验来证明。人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中
7、物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)三、物质波的实验验证三、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：实验结论干涉衍射人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)我们还知道，光虽然具有波动性，但并不是任何情况下都能发生明显的干涉和行射。用来显示波动性的狭缝或障碍物的线度要足够小才行。于是，一个关系到物质世界真实图景的理论间题、就与一个实践上的技术问题联系起来了。人们能够制作或找到这样的装置吗?在20世纪20年代，那些关心物质波实验验证的
8、物理学家们，说起来实在太幸运了。因为他们在技术上的这一难题已经解说决，那是在对伦琴射线的研究中解决的。没有实验装置没有实验装置人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)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。射线人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物
9、理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)2、电子衍射实验CsUKG 考虑到电了的德布罗意波长与伦琴射线的波长具有相近的数量级，1927年載维孙、汤姆孙分別利用晶体做了电子束行射的实验，得到了类似图衍射图样，从而证实了电子的波动性。人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)3、电子双缝实验 1961年琼森将一束电子加速到50Kev，让其通过一缝宽为a=0.510-6m，间隔为d=2.010-6m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。人教版高中物理选修3-5课件：17.
10、3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)一切实物粒子都有波动性一切实物粒子都有波动性 除了电子以外，后来还陆续证实了质子、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vE/h和入=h/p关系同样正确。1929年，德布罗意获得了诺贝尔物理学奖，成为以学位论文获此殊荣的人。既然一切运动的物体都具有波动性，那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？表现出波动性呢？人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理
11、选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)如：如：质量为质量为m=0.01Kg，速度，速度=3.0 102m/s飞行的飞行的子弹子弹，对应的德布罗意波长为：对应的德布罗意波长为：nmmh25103.1 太小测不到！太小测不到！普朗克常数值极小，宏观物体的波长太短普朗克常数值极小，宏观物体的波长太短,到现在到现在为止，我们无法观察到宏观物体的波动性。宏观物体的为止，我们无法观察到宏观物体的波动性。宏观物体的波动性不必考虑，只考虑其粒子性。波动性不必考虑，只考虑其粒子性。mmph3634109.17501063.6如：估计一个中学生的质量如：估计一个中学生的质量m50kg，百米跑，百米
12、跑时速度时速度v7m/s，对应德布罗意波的波长。，对应德布罗意波的波长。太小测不到！太小测不到！人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)而一个原来静止的电子，在经过100V电压加速后，德布罗意波长约为0.12nm，因此有可能观察到电子的波动性。所以粒子的波粒二象性是相对的，在动量很大时，波长很短无法观测，体现不出波动性。动量很小就可观测到波动性。当你走在边缘上时，身体会不由自主的倒向，边缘那边。人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3
13、粒子的波动性(共24张PPT)显微镜的分辨本领显微镜的分辨本领科学漫步科学漫步 生物实验室里的显微镜利用可见光工作，是光学显微镜。最好的光学显微镜能够分辨200mm大小的物体，可以看到最小的细菌。大多数病毒比细菌小得多、光学显微镜就无能为力了。技术在不断发展，人们可以制造更为精良的光学显微镜。那么，它的分辮本领能不能无限提高呢?不能。衍射现象限制了光学显微镜的分辨本领。大家知道，波长越长，衍射现象越明显。音的波长在1m左右，所以我们能够听兒墙后面入们的谈话声，这是声音的衍射。可见光的波长为400700nm，日常生活中的物体大小比可见光的波长大得多，光的衍射现象不明显，所以我们才说光沿直线传播。
14、但是，显微镜的精度报高，物镜的直径又不大，所以衍射现象不能忽略。由于衍射，被观察物体上的一个光点经过透镜以后不再会聚成一个光点，而形成一个光境，这样物体的像就模糊了，影响了显微镜的分辨本领。由于电压越高电子最终获得的动量越大，它的波长越短，分辨本领也就越强，所以电子显微镜分辨本领的大小常用它的加速电压来表示。电子東也是一种波。如果把电子加速，使它的动量很大，它的德布罗意波长会比可见光的波长短得多，衍射现象的影响就小多了。这样就有可能大大提高分辨能力。这种使用电子東工作的显微镜叫做电子显镜。肉眼不能看见电子求，可以让电子東打在荧光板上来观察显微图像不过通常的傲法是用感光胶片或光电转换件代替荧光板
15、得到微小物体的显微照片。现代电子显微镜的分本领可以达到0.2nm，能够看到蛋白质分子和金属的晶体结构。人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)问题:从减轻衍射影这方面提高显微镜的分辨本领有哪两个途径?电子显薇镜采用了哪个途径?如果果显微镜用质子流而不是电子流工作，它们加速后的度相同、哪种呈镜的分本领有可能更高？科学漫步科学漫步解析解析:波长越长，衍射现象越明显，要提高显微镜的分辨能力，可采用波长较短的光或使粒子动量很大，由入h/p得它的德布罗意波长会很短，衍射现象的影响就小多了，这样就可大大提高分辨
16、能力。电子显微镜是采用把电子加速，使它动量很大，由入h/p知，它的德布罗意波长会很短，从而提高分辨能力。如果显微镜用质子流而不是电子流，它们加速后的速度相同，因质子质量大于电子质量，所以质子动量大于电子的动量，由入h/p知，质子的德布罗意波长比电子的德布罗意波长更短，分能力更强，因此用质子流显徽镜的分本领更高。人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)问题与练习解答：问题与练习解答：1、我们根据什么说光具有波粒二象性?解：解：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。光的衍射和折射
17、说明光具有波动性，光电效应和康普顿效应说明光具有粒子性。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。人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)2、一个电子和一个质子具有同样的动能时，它们的磁布罗波长哪个大?解：解：由已知可得电子的质量比质子的小可得电子的动量大由m2PE2k可得电子的波长较短又ph人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)3、射击运动射击时会因
18、为子弹的波动性而“失准”吗?为什么?根据現实情况下子弹量，速度大小所对应的砝布罗意波长未做定性说明。因为宏观的子弹质量较大，速度也很大很小。可得和由PhmvP解：解：人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)课堂小结一、光的波粒二象性大量事实说明：光是一种波，同时也是一种粒子，光具有波粒二象性。hhph架起了粒子性与波动性之间的桥梁二、粒子的波动性：一切实物粒子也具有波动性。即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系,如一个质量为 m 的实物粒子以速率 v 运动时,即具有以能量和动量 p 所描述的粒子性
19、，同时也具有以频率 v 和波长所描述的波动性。hEv ph与实物粒子相联系的波称为物质波。人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)三、物质波的实验验证 利用波的衍射和干涉进行验证，通过晶体规则排列的物质微粒。1、伦琴射线衍射实验2、电子衍射实验3、电子双缝实验 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。宏观物体的波动性不必考虑，只考虑其粒子性。人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)人教版高中物理选修3-5课件：17.3粒子的波动性(共24张PPT)
