实物粒子的波粒二象性(40张ppt)

分析： 质量 m = 0.01kg，速度 v = 300 m/s 的子弹 的德布洛意波长为
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。
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
给氢原子拍摄一张照片
氢原子电子云
氢原子电子云
再给氢原子拍摄一张 照片
氢原子电子云
再给氢原子拍摄一张 照片
氢原子电子云
再给氢原子拍摄一张 照片
氢原子电子云
再给氢原子拍摄一张 照片
氢原子电子云
给氢原子拍照，并将 2张照片叠加
氢原子电子云
给氢原子拍照，并将 3张照片叠加
氢原子电子云
给氢原子拍照，并将 4张照片叠加
的实物粒子同时具有波动性，它的波长、频
率 和 E、p的关系与光子一样：
E h
p h

E h h
德布罗意关系式
p
与粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波，
─ 德布罗意波长（de Broglie wavelength）
教材 例题
论文获得了评委会的高度评价。 朗之万把德布洛意的文章寄给爱因斯坦， 爱因斯坦称赞说： “揭开了自然界巨大帷幕的一角” “瞧瞧吧，看来疯狂，可真是站得住脚呢”
4.4 实物粒子的波粒二象性
德布罗意波
德布罗意：法国著名
波粒二象性
理论物理学家，1929
年诺贝尔物理学奖获
得者，波动力学的创
始人，物质波理论的
创立者，量子力学的
奠基人之一。
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。
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象想得太多，而 过分忽略了波的图象呢”
实物粒子的波动性
光(波)具有粒子性 实物粒子具有波动性吗? 一、德布罗意物质波假设 L.V. de Broglie从自然界的对称性出发， 认为： 既然光(波)具有粒子性 那么实物粒子也应具有波动性。
1924.11.29德布洛意把题为“量子理论的研究” 的博士论文提交巴黎大学。
二、德布罗意波的波长 他在论文中指出：一个能量为E、动量为 p
电子显微镜
3.德布罗意波的统计解释
究竟怎样理解波和它所描写的粒子之间的关系?
对这个问题曾经有过各种不同的看法。例如，有人认为波是 由它所描写的粒子组成的。这种看法与实验不符。我们知道，衍 射现象是由波的干涉而产生的，如果波真是由它所描写的粒子所 组成，则粒子流的衍射现象应当是由于组成波的这些粒子相互作 用而形成的。但事实证明，在粒子流衍射实验中，照象片上所显 示出来的衍射图样和入射粒子流强度无关，也就是说和单位体积 中粒子的数目无关。如果减小入射粒子流强度，同时延长实验的 时间，使投射到照象片上粒子的总数保持不变，则得到的衍射图 样将完全相同。即使把粒子流强度减小到使得粒子一个一个地被 衍射，照片上一次出现一个孤立的点，体现了电子的粒子性。只 要经过足够长的时间，所得到的衍射图样也还是一样。这说明每 一个粒子被衍射的现象和其他粒子无关，衍射图样不是由粒于之 间的相互作用而产生的。
物质波振幅的平方与粒子在该处邻近出现的概率成 正比。 电子出现的概率反映该处的波强。
粒子观点 波动观点 波强 电子密处，概率大。 电子疏处，概率小。 电子密处，波强大。 电子疏处，波强小。 粒子密度 振幅A2
概率
机械波是机械振动在空间传播，德布罗意波是对微 观粒子运动的统计。
四、氢原子中的电子云
电子衍射
X光衍射
电子衍射与X光衍射图样比较
X射线经晶体的衍射图
电子射线经晶体的衍射图
类似的实验：
1927年，汤姆逊电子衍射实验 1960年，C.Jonson的电子双缝干涉实验 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，1929年，De Broglie因发现电子波而荣 获Nobel 物理学奖。
三、电子波动性的实验证实
1. 电子衍射实验
阴极 栅极
K
G
多晶 薄膜
Cs
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。
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。
U
高压
屏P
此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。
氢原子电子云
给氢原子拍照，并将 5张照片叠加
氢原子电子云
给氢原子拍照，并将 20张照片叠加
氢原子电子云
给氢原子拍照，并将 100张照片叠加
氢原子电子云
给氢原子拍照，并将 500张照片叠加
氢原子电子云
给氢原子拍照，并将 1000张照片叠加
氢原子电子云
给氢原子拍照，并将 10000张照片叠加
2.一个一个电子依次入射双缝的衍射实验：
7个电子
100个电子
3000Biblioteka Baidu
20000 70000
光的波粒二象性
一：光波具有粒子性 光子的能量
2 E=mc =hv
光子的动量
p mu h
思考：能量E、动量p都是粒子 的特征，实物粒子是否具有波 的特征呢？ 二：粒子的波动性
德布罗意的假设：
实物粒子也具有波动性
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 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。
1.一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？