粒子的波动性 课件
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他认为，“整个世纪以来（指19世纪） 在光学上,与波动方面的研究相比，忽视 了粒子方面的研究;而在实物粒子的研究 上，是否发生了相反的错误呢？是不是 德布罗意法国物理 我们把粒子方面的图象想得太多，而忽 学家，1929年诺贝尔 略了波的现象” 物理学奖获得者，波
动力学的创始人，量 他提出假设:实物粒子也具有波动性
X射线衍射
电子衍射
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。
UO2晶体的电子衍射
NaCl晶体的中子衍射
子弹:质量为m=10-2Kg, 电子:质量为m=9.110速度v=5.0102m/s，对 31Kg，速度v=5.0107m/s,
宏观物体的波长比微观粒子的波长小得多，这在生 活中很难找到能发生衍射的障碍物，所以我们并不认为 它有波动性．作为微观粒子的电子，其德布罗意波波长 为10－10m数量级，找与之相匹配的障碍物也非易事．
在伦琴射线的研究中找到突破 ，证实伦琴射 线是电磁波，考虑到电子的德布罗意波长与伦琴 射线的波长具有相近的数量级，1927年戴维孙和 汤姆孙分别利用晶体进行了电子束衍射实验，从 而证实了电子的波动性．说明电子具有波粒二象 性．他们为此获 1937 年诺贝尔物理学奖。
粒 子 性
牛顿微粒说 占主导地位
波动说 渐成真理
一.光的波粒二象性 光既具有波动性,又具有粒子性,即
光具有波粒二象性.
光子的能量 E h
光子的动量
P h
动量和能量是描述粒子性的,频率和波长则是用来
描述波动性的.h架起了粒子性和波动性之间的桥
梁。实物粒子有无波动性呢？
二.粒子的波动性
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。
除了电子以外， 后来还陆续证实 了质子，中子， 以及原子的波动 性。
电子束穿过铝箔后的衍射图像
类似的实验：
1927年，汤姆逊电子衍射实验 1960年， 电子双缝干涉实验 后来的实验证明原子、分子、中子等微观粒子也具有 波动性。
德布罗意公式成为揭示微观粒子波粒二象性 的统一性的基本公式.
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。
应的德布罗意波长为： 对应的德布罗意波长为：
h 1.3 1025 nm h 1.4 102 nm
mv
mv
太小测不到！
宏观物体波动性 不明显
X射线波段
微观粒子波动性 明显
对德布罗意物质波的理解 1．任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳 都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物体的波 动性，是因为宏观物体对应的波长太小的缘故． 2．德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出 现的概率受波动规律支配，不要以宏观观点中的波 来理解德布罗意波． 3．德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广， 使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都 具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是 电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．
波长： h
P
频率:
h
这种与实物粒子相联系的波后来称为 德布罗意波，也叫物质波。
物质波波长：
h h
p mv
为德布罗意波长，h为普朗克常量，p为
粒子动量。
粒子的波动性
问题：回顾前面的学习，总结人类 对光的本性的认识的发展过程？
光的本性
托马斯·杨
菲涅耳 衍射实验
赫兹 电磁波实验
惠更斯 双缝干涉 波动说 实验
麦克斯韦 电磁说
波 动 性
1690 1672
1801 1814
1864 1888 1905
……….
T/年
牛顿 微粒说
赫兹
爱因斯坦
发现光电效应 光子说
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。
光学显微镜
扫描式电子显微镜电子Fra bibliotek微镜课堂小结
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
子力学的奠基人之一。
能量为ε、动量为p的粒子与频率为v、波 长为的波相联系，并遵从以下关系：
V =ε/ h
=h / p
这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意 波(物质波或概率波).其波长称为德布罗意波 长。
三.物质波的实验验证
实验验证的思路：
光的干涉和衍射现象是光具有波动性的有力证据。 因此，如果电子、质子等实物粒子也真具有波动性， 那么它们就应该像光波那样也能发生干涉和衍射。
动力学的创始人，量 他提出假设:实物粒子也具有波动性
X射线衍射
电子衍射
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。
UO2晶体的电子衍射
NaCl晶体的中子衍射
子弹:质量为m=10-2Kg, 电子:质量为m=9.110速度v=5.0102m/s，对 31Kg，速度v=5.0107m/s,
宏观物体的波长比微观粒子的波长小得多，这在生 活中很难找到能发生衍射的障碍物，所以我们并不认为 它有波动性．作为微观粒子的电子，其德布罗意波波长 为10－10m数量级，找与之相匹配的障碍物也非易事．
在伦琴射线的研究中找到突破 ，证实伦琴射 线是电磁波，考虑到电子的德布罗意波长与伦琴 射线的波长具有相近的数量级，1927年戴维孙和 汤姆孙分别利用晶体进行了电子束衍射实验，从 而证实了电子的波动性．说明电子具有波粒二象 性．他们为此获 1937 年诺贝尔物理学奖。
粒 子 性
牛顿微粒说 占主导地位
波动说 渐成真理
一.光的波粒二象性 光既具有波动性,又具有粒子性,即
光具有波粒二象性.
光子的能量 E h
光子的动量
P h
动量和能量是描述粒子性的,频率和波长则是用来
描述波动性的.h架起了粒子性和波动性之间的桥
梁。实物粒子有无波动性呢？
二.粒子的波动性
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。
除了电子以外， 后来还陆续证实 了质子，中子， 以及原子的波动 性。
电子束穿过铝箔后的衍射图像
类似的实验：
1927年，汤姆逊电子衍射实验 1960年， 电子双缝干涉实验 后来的实验证明原子、分子、中子等微观粒子也具有 波动性。
德布罗意公式成为揭示微观粒子波粒二象性 的统一性的基本公式.
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。
应的德布罗意波长为： 对应的德布罗意波长为：
h 1.3 1025 nm h 1.4 102 nm
mv
mv
太小测不到！
宏观物体波动性 不明显
X射线波段
微观粒子波动性 明显
对德布罗意物质波的理解 1．任何物体，小到电子、质子，大到行星、太阳 都存在波动性，我们之所以观察不到宏观物体的波 动性，是因为宏观物体对应的波长太小的缘故． 2．德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出 现的概率受波动规律支配，不要以宏观观点中的波 来理解德布罗意波． 3．德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广， 使之包括了所有的物质粒子，即光子与实物粒子都 具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是 电磁波，与实物粒子对应的波是物质波．
波长： h
P
频率:
h
这种与实物粒子相联系的波后来称为 德布罗意波，也叫物质波。
物质波波长：
h h
p mv
为德布罗意波长，h为普朗克常量，p为
粒子动量。
粒子的波动性
问题：回顾前面的学习，总结人类 对光的本性的认识的发展过程？
光的本性
托马斯·杨
菲涅耳 衍射实验
赫兹 电磁波实验
惠更斯 双缝干涉 波动说 实验
麦克斯韦 电磁说
波 动 性
1690 1672
1801 1814
1864 1888 1905
……….
T/年
牛顿 微粒说
赫兹
爱因斯坦
发现光电效应 光子说
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。
光学显微镜
扫描式电子显微镜电子Fra bibliotek微镜课堂小结
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
子力学的奠基人之一。
能量为ε、动量为p的粒子与频率为v、波 长为的波相联系，并遵从以下关系：
V =ε/ h
=h / p
这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意 波(物质波或概率波).其波长称为德布罗意波 长。
三.物质波的实验验证
实验验证的思路：
光的干涉和衍射现象是光具有波动性的有力证据。 因此，如果电子、质子等实物粒子也真具有波动性， 那么它们就应该像光波那样也能发生干涉和衍射。