粒子的波动性
教学目标
1、知识与技能：
了解光的波粒二象性；了解粒子的波动性．
2、过程与方法：
培养学生的观察、分析能力。

3、情感态度与价值观：
培养学生严谨的科学态度，正确地获取知识的方法。

【重点难点】
1、重点：粒子波动性的理解
2、难点：对德布罗意波的实验验证
教学过程：
引入：
德布罗意(de Broglie,1892-1987)
光的本性
1、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？3、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。

”
2、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？
例题：
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？
2、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？
二、粒子的波粒二象性
德布罗意，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，用类比方法分析问题。

1924年，德布罗意考虑到普朗克量子和爱因斯坦光子理论的成功，在博士论文《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”。

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。

c v
例2、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？
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。

Ε=75ev ，λ=1.4×10-10m=0.14nm
X 射线波段
例3、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！
三、物质波的实验验证
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？
nm mv h 25103.1-⨯==λ
三、物质波的实验验证
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。

电子衍射实验1
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。

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。

实验结果：
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。

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。

此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。

2、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.。