1、光的本性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：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？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、五它是一个波，星星期一、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。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？那么光的本性到底是什么？新 课 导 入3 3粒子的波动性粒子的波动性第十七章第十七章 波粒二象性波粒二象性1.知道实物粒子和光子一样都具有波粒二象性。知道实物粒子和光子一样都具有波粒二象性。2.了解物质波的概念了解物质波的概念3.知道说明实
2、物粒子具有波动性的实验事实。知道说明实物粒子具有波动性的实验事实。4.知道知道=hv和和 揭示了光的粒子性和波动性之间的揭示了光的粒子性和波动性之间的联系。联系。5.会用会用 及及 进行计算。进行计算。hphphp学 习 目 标学 习 目 标T/年年波动性波动性粒子性粒子性惠更斯波动惠更斯波动说说牛顿微粒说牛顿微粒说爱因斯坦光爱因斯坦光子说子说麦克斯韦电麦克斯韦电磁说磁说科学视野科学视野T/年年波动性波动性粒子性粒子性惠更斯波动惠更斯波动说说牛顿微粒说牛顿微粒说爱因斯坦光爱因斯坦光子说子说麦克斯韦电麦克斯韦电磁说磁说托马托马斯斯杨杨双双缝缝干涉干涉实验实验菲涅菲涅耳衍耳衍射实射实验验赫兹赫兹电
3、磁电磁波波实实验验赫兹赫兹发现发现光电光电效应效应密密立立根光根光电效电效应应实实验验康普康普顿效顿效应应科学视野科学视野光既具有粒子性，又具有波动性！光既具有粒子性，又具有波动性！光的干涉光的干涉光的衍射光的衍射光电效应光电效应康普顿效应康普顿效应h 光子的光子的能量能量光子的光子的动量动量 p 与与 是描述粒子性的，是描述粒子性的，、v 是描述波动性的，是描述波动性的，h 则是连则是连接粒子性和波动性的桥梁。接粒子性和波动性的桥梁。一、光的波粒二象性=hp 新 课 讲 授 他认为，他认为，“整个世纪以来整个世纪以来(指指19世纪世纪)在光学中比起波动的研在光学中比起波动的研究方法来，如果说
4、是过于忽视了粒子的研究方法的话，那么在实究方法来，如果说是过于忽视了粒子的研究方法的话，那么在实物的理论中，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子的图物的理论中，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子的图象想得太多，而过分忽略了波的图象呢象想得太多，而过分忽略了波的图象呢”德布罗意德布罗意(De Broglie)，法国物理，法国物理学家，学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的奠基人波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。之一。1923年发表了题为年发表了题为“波和粒子波和粒子”的论文，提出了物质波的概念的论文，提出了物质波的概念。二、粒子
5、的波动性 一个质量为一个质量为 m 的实物粒子以速率的实物粒子以速率 运动时，即具有以能运动时，即具有以能量量 和动量和动量 p 所描述的粒子性，同时也具有以频率所描述的粒子性，同时也具有以频率v 和波长和波长 所描述的波动性所描述的波动性。=vh=hp 后来，大量实验都证实了：质子、中子和原子、分子等后来，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，并都满足德布罗意关系。实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布罗意关系。德布罗意关系 实物粒子的波粒二象性的意思是：实物粒子的波粒二象性的意思是：微观粒子既表现出粒微观粒子既表现出粒子的特性，又表现出波动的特性子的特性，又表
6、现出波动的特性。这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波(物质波或物质波或概率波概率波)，其波长，其波长 称为德布罗意波长。称为德布罗意波长。由光的波粒二象性的思想推广到微观粒子和任何运动着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：的物体上去，得出物质波（德布罗意波）的概念：任何一个任何一个运动着的物体都有一种波与它相对应，该波的波长运动着的物体都有一种波与它相对应，该波的波长 。=hp 试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波长。试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波长。解：一个中学生的质量大约为解：一个中学
7、生的质量大约为 m 50 kg，百米跑时，百米跑时的速度约为的速度约为 7 m/s，由光子的动量表达式有：，由光子的动量表达式有：由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性。很难表现出其波动性。34366.63 10m1.9 10m50 7hp 想 一 想想 一 想1.电电子动能子动能 k=100 eV；子弹动量子弹动量 p=6.63106 kgms-1,求它们的德布罗意波长。求它们的德布罗意波长。解：因解：因电电子动能较小，速度较小，可用经典物理学求解。子动能较小，速度较小，可用经典物理学求解。22k122pmm 24k
8、25.4 10kg m/spm 3410246.63 10m=1.23 10m5.410hp 电电子子344066.63 10m=1.0 10m6.63 10hp 子子弹弹典 例 探 究典 例 探 究 1927年年 C.J.戴维森与戴维森与 G.P.革末革末做做电子衍射实验，验证电电子衍射实验，验证电子具有波动性。子具有波动性。戴维逊和革末的实验是用戴维逊和革末的实验是用电子束垂直投射到镍单晶，电电子束垂直投射到镍单晶，电子束被散射。其强度分布可用子束被散射。其强度分布可用德布罗意关系和衍射理论给以德布罗意关系和衍射理论给以解释，从而验证了物质波的存解释，从而验证了物质波的存在。在。K KG
9、GB BD D探测器探测器电子束电子束电子枪电子枪U U镍镍单单晶晶 1927年年 G.P.汤姆逊汤姆逊(J.J.汤汤姆逊之子姆逊之子)也独立完成了电子也独立完成了电子衍射实验。与衍射实验。与 C.J.戴维森共获戴维森共获 1937年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。C Cs sU UK KG G屏屏 P多晶薄膜多晶薄膜高压高压栅极栅极阴极阴极 电子束在穿过细晶体粉末电子束在穿过细晶体粉末或薄金属片后，也象或薄金属片后，也象 X X 射线射线一样产生衍射现象。一样产生衍射现象。此后此后，人们相继证实了原，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动子、分子、中子等都具有波动性。性。小结：小结：一、德布罗意的物质波一、德布罗意的物质波Phh1.1.电子衍射实验电子衍射实验1 12.2.电子衍射实验电子衍射实验2 2戴维逊革末实验戴维逊革末实验G.P.汤姆逊（电子汤姆逊（电子衍射实验。衍射实验。电子显微镜电子显微镜
