3　粒子的波动性名师教学设计2

17.3《崭新的一页：粒子的波动性》

教学目标

1、知识与技能：

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了解光的波粒二象性；了解粒子的波动性．

2、过程与方法：

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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】

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1、重点：粒子波动性的理解

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2、难点：对德布罗意波的实验验证

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”。

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 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。

pmvh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=

。

【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：估计一个中学生的质量m≈50kg ，百米跑时速度v≈7m/s ，则

h6.631034m1.91036mp50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。

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l所描述的波动性。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：

如速度v=5.0102m/s飞行的子弹，质量为m=10-2Kg，对应的h1.31025nmmv如电子m=9.110-31Kg，速度v=5.0107m/s, 对应的德布h1.4102nmmv太小测不到！

1929诺贝尔物理学奖

X射线波段

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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

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。