【课件】实物粒子的波粒二象性
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h 1.4 102 nm
mv
X射线波段
戴维孙-革末实验 汤姆孙电子衍射实验
电子衍射
X光衍射
1929诺贝尔物理学奖
• L.V.德布罗意 • 电子波动性的理论研究
1937诺贝尔物理学奖
• C.J.戴维孙 • 通过实验发现晶体对
电子的衍射作用
【例1】 下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是( ) A．任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波 B．X光的衍射证实了物质波的假设是正确的 CC．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的 D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏 观物体不具有波动性
他认为，“整个世纪以来（指19世纪）在光学中比起波动的研究方法 来，如果说是过于忽视了粒子的研究方法的话，那末在实物的理论 中，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子的图象想得太多， 而过分忽略了波的图象呢”
能量为E、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：
E mc2 h
成．
4．“基本粒子”的探测：加速器和探测器是研究粒子物理的主 要工具，探测器分两大类：一类是计数器 ，一类
是 径迹探测器．
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。
带电荷量如下表所示，表中 e 为元电荷.
π＋ π－ u
d
u
d
带电荷量 ＋e －e ＋23e －13e －23e ＋13e
下列说法正确的是 AA ．π＋由 u 和 d 组成 C．π－由 u 和 d 组成
B．π＋由 d 和 u 组成 DD ．π－由 d 和 u 组成
()
和 2 个 d 夸克组成
C．质子由 1 个 u 夸克和 2 个 d 夸克组成，中子由 2 个 u 夸克和 1
个 d 夸克组成
D．质子由 2 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 u 夸克和 1
个 d 夸克组成
针对训练 2 (多选)已知 π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克 u
或夸克 d)和一个反夸克(反夸克 u 或反夸克 d )组成的，它们的
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。的一角”。
De . Broglie 1923年发表了题为“波和粒子”的论文，提出了物质波 的概念。
五、“基本粒子”初步 1．发现了原子核内部结构后，人们认为光子、 电子 、质
子和 中子 是组成物质的 基本粒子 ． 2．影响“基本粒子”的相互作用： 引力相互作用(引力) 、
电磁相互作用(电磁力)
、 强相互作用(强力)
、
弱相互作用(弱力)
．
3．“基本粒子”家族：按粒子参与相互作用的性质来分， 可将其分为媒介子 、 轻子 和 强子． 强子是有内部结构的，它由更基本的成分—— 夸克 组
h λ
.上述关系
称为德布罗意关系．两式中的 h 为 普朗克常量 ．通过普朗克
常量把 粒子性 和 波动性 联系起来．
二、德布罗意假说的实验探索
1．实验探究思路
干涉、衍射是波特有的现象．如果实物粒子具有波动性， 则在一定条件下，也应该能发生干涉和衍射现象．
2．实验验证
1927 年 戴 维 孙 和 汤 姆 孙 分 别 利 用 晶 体 做 了 的电__子__束__衍__射_实验，得到了电子的 衍射图样 ，证实了电 子的波动性．
选修3-5 第五章 波与粒子
第3节 实物粒子的波粒二象性 第4节 “基本粒子”与恒星演化
一、德布罗意的假设
1．德布罗意波：任何一个 运动 的物体都有一种波与它相对应， 这种波叫 物质波 ，也称为德布罗意波．
2．德布罗意关系：粒子能量 E 与相应的波的频率 ν 之间的关系为：
E＝hν .动量 p 与相应波长 λ 之间的关系为：p＝
解：估计一个中学生的质量m≈50kg ，百米跑时速
度v≈7m/s ，则
h 6.631034 m 1.91036 m
p 50 7
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。
例题2 (1)电子动能Ek=100eV；(2)子弹动量 p=6.63×106kg.m.s-1, 求德布罗意波长。
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
Eh
＝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：
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：
【例 4】 目前普遍认为，质子和中子都是由被称为 u 夸克和 d
夸克的两夸克组成，u 夸克带电荷量为＋23e，d 夸克带电荷量
为－13e，e 为基元电荷，下列论断中可能正确的是
()
A．质子由 1 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 u 夸克
和 2 个 d 夸克组成
BB ．质子由 2 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 u 夸克
P m h
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。
一切实物粒子都有波动性
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。
一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？ 质量 m = 0.01kg，速度 v = 300 m/s 的子弹的德布洛
三、不确定性关系 1．微观粒子运动的基本特征：不可能同时准确地知道粒子的
位置 和 动量 ． 2．不确定性关系：以 Δx 表示粒子位置的不确定范围，以 Δp 表
示粒子动量的不确定范围，那么 ΔxΔp≥4hπ，式中 h 是普朗克 常量． 四、电子云 用点的 疏密 表示的电子出现的 概率 分布，称为电子云．
意波长为
计算结果表明，子弹的波长小到实验难以测量的程度。所 以，宏观物体只表现出粒子性。
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： 任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的
波长λ= h / p。
【例1】试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意 波的波长。
解 (1)因电子动能较小，速度较小，可用非相对论
公式求解。
Ek
1 2
mυ2
2pm2, 5.93106
p mυ 2mEk 5.41024
h h =1.23Å
(2)子弹:
hmυ p
p
= 1.0×10-40m
h= 6.63×10-34
可见，只有微观粒子的波动性较显著；而宏观粒 子(如子弹)的波动性根本测不出来。
mv
X射线波段
戴维孙-革末实验 汤姆孙电子衍射实验
电子衍射
X光衍射
1929诺贝尔物理学奖
• L.V.德布罗意 • 电子波动性的理论研究
1937诺贝尔物理学奖
• C.J.戴维孙 • 通过实验发现晶体对
电子的衍射作用
【例1】 下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是( ) A．任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波 B．X光的衍射证实了物质波的假设是正确的 CC．电子的衍射证实了物质波的假设是正确的 D．宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏 观物体不具有波动性
他认为，“整个世纪以来（指19世纪）在光学中比起波动的研究方法 来，如果说是过于忽视了粒子的研究方法的话，那末在实物的理论 中，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子的图象想得太多， 而过分忽略了波的图象呢”
能量为E、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：
E mc2 h
成．
4．“基本粒子”的探测：加速器和探测器是研究粒子物理的主 要工具，探测器分两大类：一类是计数器 ，一类
是 径迹探测器．
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。
带电荷量如下表所示，表中 e 为元电荷.
π＋ π－ u
d
u
d
带电荷量 ＋e －e ＋23e －13e －23e ＋13e
下列说法正确的是 AA ．π＋由 u 和 d 组成 C．π－由 u 和 d 组成
B．π＋由 d 和 u 组成 DD ．π－由 d 和 u 组成
()
和 2 个 d 夸克组成
C．质子由 1 个 u 夸克和 2 个 d 夸克组成，中子由 2 个 u 夸克和 1
个 d 夸克组成
D．质子由 2 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 u 夸克和 1
个 d 夸克组成
针对训练 2 (多选)已知 π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克 u
或夸克 d)和一个反夸克(反夸克 u 或反夸克 d )组成的，它们的
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。的一角”。
De . Broglie 1923年发表了题为“波和粒子”的论文，提出了物质波 的概念。
五、“基本粒子”初步 1．发现了原子核内部结构后，人们认为光子、 电子 、质
子和 中子 是组成物质的 基本粒子 ． 2．影响“基本粒子”的相互作用： 引力相互作用(引力) 、
电磁相互作用(电磁力)
、 强相互作用(强力)
、
弱相互作用(弱力)
．
3．“基本粒子”家族：按粒子参与相互作用的性质来分， 可将其分为媒介子 、 轻子 和 强子． 强子是有内部结构的，它由更基本的成分—— 夸克 组
h λ
.上述关系
称为德布罗意关系．两式中的 h 为 普朗克常量 ．通过普朗克
常量把 粒子性 和 波动性 联系起来．
二、德布罗意假说的实验探索
1．实验探究思路
干涉、衍射是波特有的现象．如果实物粒子具有波动性， 则在一定条件下，也应该能发生干涉和衍射现象．
2．实验验证
1927 年 戴 维 孙 和 汤 姆 孙 分 别 利 用 晶 体 做 了 的电__子__束__衍__射_实验，得到了电子的 衍射图样 ，证实了电 子的波动性．
选修3-5 第五章 波与粒子
第3节 实物粒子的波粒二象性 第4节 “基本粒子”与恒星演化
一、德布罗意的假设
1．德布罗意波：任何一个 运动 的物体都有一种波与它相对应， 这种波叫 物质波 ，也称为德布罗意波．
2．德布罗意关系：粒子能量 E 与相应的波的频率 ν 之间的关系为：
E＝hν .动量 p 与相应波长 λ 之间的关系为：p＝
解：估计一个中学生的质量m≈50kg ，百米跑时速
度v≈7m/s ，则
h 6.631034 m 1.91036 m
p 50 7
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。
例题2 (1)电子动能Ek=100eV；(2)子弹动量 p=6.63×106kg.m.s-1, 求德布罗意波长。
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
Eh
＝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：
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：
【例 4】 目前普遍认为，质子和中子都是由被称为 u 夸克和 d
夸克的两夸克组成，u 夸克带电荷量为＋23e，d 夸克带电荷量
为－13e，e 为基元电荷，下列论断中可能正确的是
()
A．质子由 1 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 u 夸克
和 2 个 d 夸克组成
BB ．质子由 2 个 u 夸克和 1 个 d 夸克组成，中子由 1 个 u 夸克
P m h
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。
一切实物粒子都有波动性
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。
一颗子弹、一个足球有没有波动性呢？ 质量 m = 0.01kg，速度 v = 300 m/s 的子弹的德布洛
三、不确定性关系 1．微观粒子运动的基本特征：不可能同时准确地知道粒子的
位置 和 动量 ． 2．不确定性关系：以 Δx 表示粒子位置的不确定范围，以 Δp 表
示粒子动量的不确定范围，那么 ΔxΔp≥4hπ，式中 h 是普朗克 常量． 四、电子云 用点的 疏密 表示的电子出现的 概率 分布，称为电子云．
意波长为
计算结果表明，子弹的波长小到实验难以测量的程度。所 以，宏观物体只表现出粒子性。
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： 任何一个运动着的物体都有一种波与它对应，该波的
波长λ= h / p。
【例1】试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意 波的波长。
解 (1)因电子动能较小，速度较小，可用非相对论
公式求解。
Ek
1 2
mυ2
2pm2, 5.93106
p mυ 2mEk 5.41024
h h =1.23Å
(2)子弹:
hmυ p
p
= 1.0×10-40m
h= 6.63×10-34
可见，只有微观粒子的波动性较显著；而宏观粒 子(如子弹)的波动性根本测不出来。