2021-2022学年高二物理竞赛课件：实物粒子的波动性(共14张PPT)

实物粒子的波动性实物粒子的波动性从自然界的对称性出发从自然界的对称性出发,既然光既然光(波波)具有粒子具有粒子性性,那么实物粒子具有波动性吗那么实物粒子具有波动性吗?1924.11.291924.11.29德布罗意德布罗意把题为把题为“量子理论的研究量子理论的研究”的博士论文提交给了巴黎大学的博士论文提交给了巴黎大学一、德布罗意假设一、德布罗意假设L.V.de Broglie （法国人，（法国人，1892-1986）实物粒子的波动性实物粒子的波动性 如电子，是否也具有波粒二象性？如电子，是否也具有波粒二象性？论文论文把波粒二象性推广到所有的物质粒子把波粒二象性推广到所有的物质粒子“揭开了自然界巨大帷幕的一角揭开了自然界巨大帷幕的一角”论文获得了评委会高度评价论文获得了评委会高度评价爱因斯坦称：爱因斯坦称：朝量子力学的创建迈开了革命性的一步朝量子力学的创建迈开了革命性的一步 康普顿散射实验的意义康普顿散射实验的意义l支持了支持了“光量子光量子”概念概念 进一步证实了进一步证实了l首次在实验上证实了爱因斯坦提出的首次在实验上证实了爱因斯坦提出的“光量子具有动量光量子具有动量”的假设的假设l证实了证实了在微观领域的单个碰撞事件中在微观领域的单个碰撞事件中 动量守恒和能量守恒定律仍然成立动量守恒和能量守恒定律仍然成立康普顿获得康普顿获得1927年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖P=E/c=h/c=h/=h 康普顿康普顿（A.H.Compton)美国人美国人(1892-1962）康普顿康普顿在做康普顿散射实验在做康普顿散射实验1 1、为什么康普顿效应中的电子不能像光电效应、为什么康普顿效应中的电子不能像光电效应 讨论几个问题讨论几个问题违反相对论！违反相对论！自由电子不能吸收光子，只能散射光子。

自由电子不能吸收光子，只能散射光子那样吸收光子，而是散射光子？那样吸收光子，而是散射光子？即：此情况不能同时满足能量、动量守恒即：此情况不能同时满足能量、动量守恒假设自由电子能吸收光子，则有假设自由电子能吸收光子，则有因此：因此：2 2、为什么在光电效应中不考虑动量守恒？、为什么在光电效应中不考虑动量守恒？光子光子 电子系统仍可认为能量是守恒的电子系统仍可认为能量是守恒的在光电效应中，入射的是可见光和紫外线，在光电效应中，入射的是可见光和紫外线，光子能量低，电子与整个原子的联系不能忽略，光子能量低，电子与整个原子的联系不能忽略，原子也要参与动量交换，原子也要参与动量交换，光子光子 电子系统动量电子系统动量不守恒但原子质量较大，能量交换可忽略，但原子质量较大，能量交换可忽略，3 3、为什么可见光观察不到康普顿效应？、为什么可见光观察不到康普顿效应？可见光光子能量不够大，原子内的可见光光子能量不够大，原子内的电子不电子不能视为自由，能视为自由，所以可见光不能产生康普顿效应所以可见光不能产生康普顿效应19251926年吴有训用银的年吴有训用银的X射线射线(0=5.62nm)为入射线，以为入射线，以15种轻重不同的元素种轻重不同的元素为散射物质为散射物质四、吴有训对研究康普顿效应的贡献四、吴有训对研究康普顿效应的贡献1923年年 参加了发现康普顿效应的研究工作参加了发现康普顿效应的研究工作对证实康普顿效应作出了重要贡献对证实康普顿效应作出了重要贡献在同一散射角在同一散射角()测量各种波长的散射光测量各种波长的散射光强度，做了大量强度，做了大量 X 射线散射实验射线散射实验1.与散射物质无关与散射物质无关 仅与散射角有关仅与散射角有关曲线表明曲线表明 轻元素轻元素重元素重元素2.吴有训吴有训的康普的康普顿效应顿效应散射实散射实验曲线验曲线 证实了康普顿效应的普遍性证实了康普顿效应的普遍性 证实了两种散射线的产生机制证实了两种散射线的产生机制 外层电子外层电子(自由电子自由电子)散射散射 0 0内层电子内层电子(整个原子整个原子)散射散射在康普顿的一本著作在康普顿的一本著作“X-Rays in theory and experiment”(1935)中中19处处引用了吴的工作。

引用了吴的工作书中两图并列作为康普书中两图并列作为康普顿效应的证据顿效应的证据意义意义:吴有训吴有训18971977物理学家、教育家、物理学家、教育家、中国科学院副院长，中国科学院副院长，19281928年被叶企孙聘为年被叶企孙聘为清华大学物理系教授清华大学物理系教授曾任清华大学物理系曾任清华大学物理系主任、理学院院长主任、理学院院长例例.康普顿散射中康普顿散射中,入射的入射的X X射线波长射线波长 0 0=0.5,=0.5,则在则在=90=90 方向上散射的方向上散射的X X射线波长射线波长=，反冲电子获得的能量反冲电子获得的能量 E=E=eV.eV.解：解：()()与粒子相联系的波称为与粒子相联系的波称为物质波物质波或或德布罗意波，德布罗意波，一个能量为一个能量为E、动量为、动量为 P 的实物的实物粒子，粒子，同时同时德布罗意德布罗意在论文中在论文中假设假设:关系与光子的一样关系与光子的一样：它的波长它的波长、频率频率 和和 E、P 的的德布罗意关系式德布罗意关系式 德布罗意波长德布罗意波长也具有也具有波动性波动性，例：静止质量不为零的微观粒子作高速运动，例：静止质量不为零的微观粒子作高速运动，则粒子物质波的波长与速度有如下关系：则粒子物质波的波长与速度有如下关系：(A)(B)(A)(B)(C)(D)(C)(D)解：解：(C)(C)Note:Note:对于对于de Brogliede Broglie，粒子运动速度粒子运动速度.浮尘：浮尘：m=10 m=10 g g,v v=1 cm/s=1 cm/s宏观物体的宏观物体的de Brogliede Broglie波长很小波长很小 .e.g.e.g.行人：行人：m=70 kg,m=70 kg,v v=1 m/s=1 m/s。