1、第三节、粒子的波动性德布罗意波波粒二象性1、德布罗意波（物质波）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”一、德布罗意的物质波德布罗意(due de Broglie,1892-1960)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。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
2、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。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”。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。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=hv hmp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/
3、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。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=。ph/【例1】试估算一个中学生在跑百米时的德布罗意波的波长。mmph3634109.17501063.6解：估计一个中学生的质量m50kg，百米跑时速度v7m/s，则由计算结果看出，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=6.63106kg.m.s-1,求德布罗意波长。解(1)因
4、电子动能较小，速度较小，可用非相对论公式求解。,22122mpmEk2410452.mEmpk61093.5phmh=1.23(2)子弹:phh=6.6310-34=1.010-40m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。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n和波长所描述的波动性。hEnPh德布罗意关系如速度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：nmmvh25103.1如电子m=9.110-31Kg，速度v=5.0107m/s,对应的德布罗意波长为：nmmv
5、h2104.1太小测不到！X射线波段2、戴维逊革末实验1927年，Davisson和Germer 进行了电子衍射实验。（该实验荣获1937年Nobel 物理学奖）戴维逊-革末实验电子衍射实验电子束垂直入射到镍单晶的水平面上，在散射方向上探测到一个强度极大。（可用晶体对X射线的衍射方法来分析）50 L.V.德布罗意 电子波动性的理论研究 1929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1937诺贝尔物理学奖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。电子显微镜
