2.3_光是波还是粒子

nullnull2.3 光是波还是粒子德布罗意 (de Broglie, 1892-1987) null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？光的本性null光学发展史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、λnull密立根 光电效应实验光学发展史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nullT/年波动性粒子性光既具有粒子性，又具有波动性。光学发展史null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一.光的波粒二象性（具有波长）null2.一个电子被75V的电压加速后,（电子质量为9.11×10-31kg） a.该电子具有多少能量？具有多大的速度？ b.它的动量多大？ 比较X射线光子和电子的动量大小? 从中我们能否用类比思想对电子的属性进行大胆的猜想？1.一束波长为0.2nm的X射线在真空中传播.（光在真空中传播速度c =3.0×108m/s) a.该X射线光子具有多少能量？ b.计算这束X射线光子的动量。 c.为什么X射线呈现极小的粒子性？例题光微观粒子nullT/年波动性粒子性光既具有粒子性，又具有波动性。实物粒子既具有粒子性，也具有波动性。二.粒子的波粒二象性null 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《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. 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”。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。二.粒子的波粒二象性null 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来联系二.粒子的波粒二象性德布罗意波 （物质波）的波长null电子的德布罗意波长 注意：对实物粒子，v是指粒子的速度（群速）故不存在v=的关系。加速电势差为 U，则二.粒子的波粒二象性null可获得电子在不同电压下的波长与x射线的波长相当 二.粒子的波粒二象性null2.一个电子被75V的电压加速后,（电子质量为9.11×10-31kg） a.该电子具有多少能量？具有多大速度？ Ε=75ev b.它的动量多大？p=4.6×10-24kg·m/s c.求其具有的德布罗意波长。例题λ=1.4×10-10m=0.14nm3.如速度v=5.0102m/s飞行的子弹，质量为m=10-2kg，对应的德布罗意波长为多少？实在太小！X射线波段null 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？ 三.物质波的实验验证null 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。 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。1. 电子衍射实验1 戴维逊和革末的实验是用电子束垂直投射到镍单晶，电子束被散射。其强度分布可用德布罗意关系和衍射理论给以解释，从而验证了物质波的存在。三.物质波的实验验证nulla=0.215nmd=0.0908nm电流出现了周期性变化实验结果：三.物质波的实验验证null实验解释：将电子看成波，其波长为德布罗意波长：既然是波，电流出现最大值时正好满足布喇格 ：即：实验装置：显然将电 子看成微 粒无法解 释。三.物质波的实验验证null 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。1. 电子衍射实验2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。电子衍射图样三.物质波的实验验证null三.物质波的实验验证null三.物质波的实验验证null2.电子双缝实验1961年琼森（Claus Jönsson）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.大量电子一次性的行为三.物质波的实验验证null电子显微镜电子显微镜下的灰尘电子显微镜下的灰尘null回顾与评价我对光的认识经历了几个过程：波粒二象性对我的思维冲击：德布罗意假说对我的启发：我对科学研究方法的新体会：四.小结