七物质波的提出和证实.ppt

四 物质波（高中第三册P.51～52） 物理学把物质分为两大类，一类是质子、电子等，称做实物，另一类是电场、磁场等，统称场。光是传播着的电磁场。既然光具有粒子性，那么，质子、电子，以至原子、分子等实物粒子是否会在一定的条件下表现出波动性？1924年，法国物理学家德布罗意（1892-1987）在他的博士论文里大胆地做了肯定睥回答。 德布罗意认为，任何一个运动着的物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应，波长 是 式中 是运动物体的动量， 是普朗克常量。人们把这种波叫做物质波，也叫德布罗意波。 （当时，德布罗意的论断只是一种假设。后来，基于这种假设的结论都与事实相符，于是证明人这种论断的正确性。） 宏观物体的德布罗意波长比微观粒子的波长小得多。我们知道，只有波长和障碍物的大小相差不多，或波长在在于障碍物时，才能表现出明显的衍射现象。由于宏观物体的太小，所以很难观察到它们的波动性。但是，微观粒子的情形完全不同。金属晶体中晶格大小的数量级为 ，电子束照射到金属晶体上时有楞能观察到电子的波动性。 1927年，英美两国物理学家用这种方法得到了电子束的衍射图案，从而证实了德布罗意的假设。 物质波也是概率波。在电子衍射图样中，电子落在“亮圆”上的概率大，落在“暗圆”上的概率小。我们说光波和物质波都有是概率波，说的是光子和实物粒子在空间分布的概率是受波动规律支配的。 牛顿力学的局限性 由于实物粒子也具有波动性，所以如果它们的德布罗意波长和可见光相仿，实物粒子在通过狭缝时也能发生类似的干涉图样。 思考题 物质波的提出和证实 1923年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设想，人们对于光子建立起来的两个关系式会不会也适用于实物粒子． 对光本性的认识同时，受到他哥哥的影响，参与一些物理研究工作．从他哥哥那里德布罗意了解到普朗克和爱因斯坦关于量子方面的工作，这些引起了他对物理学的极大兴趣．经过一翻思想斗争之后，德布罗意终于放弃了已决定的研究法国历史的计划，选择了物理学的研究道路，并且希望通过物理学研究获得博士学位． * * 1、 2、 一、物质波的提出 二、物质波理论的实验证实 三、物质波的应用 德布罗意 (Louis Victor de Broglie, 1892-1987)，法国著名理论物理学家，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 ． 一、物质波的提出 德布罗意1892年8月15日出生于法国塞纳河畔的蒂厄浦，是法国一贵族家庭的次子．德布罗意家族自17世纪以来在法国军队、政治、外交方面颇具盛名． 德布罗意从18岁开始在巴黎大学学习理论物理，但是因为打算沿其家族传统，以后从事外交活动，他也学习历史，并且于1909年获得历史学位．由于他哥哥（M．德布罗意）是一位实验物理学家，拥有设备精良的私人实验室，从事物理实验研究．因而德布罗意也深受影响． 在德布罗意之前，人们对自然界的认识，只局限于两种基本的物质类型：实物和场．前者由原子、电子等粒子构成，光则属于后者．但是，许多实验结果之间出现了难以解释的矛盾（人们认识到光的波粒二象性．另一方面，在关于原子结构的研究中，把原子中的电子看作粒子，并人为地引入量子化条件，虽然获得了解释线光谱的成功，但在概念上和在解决一些细致的涉及原子结构的问题上却都遇到了很大的困难）．物理学家们相信，这些表面上的矛盾，势必有其深刻的根源． 德布罗意开始研究物理学时，适逢现代物理学发生深刻革命的时期．1900年，普朗克研究黑体辐射时假定谐振子取分立的能量，提出量子的概念，由此出发，他推导出能够描述黑体辐射规律的普朗克黑体辐射公式． 但是，人们并没有认识能量子的重要性，只把能量子看作仅仅是在支配物质和辐射相互作用过程中是合适的，频率为v的物质振子仅仅以hv的倍数发射或吸收能量．直到1905年，量子概念才发生了重要发展． 1905年，爱因斯坦发表了题为《关于光的产生和转化的一个启发性观点》的论文，文中通过对黑体辐射的研