粒子的波动性

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光的波粒二象性

人类对光的认识经历了一个漫长的过程,现在我们知道:光有波动性,又具有粒子性,即光具有波粒二象性。

p=h/λ

公式中的p表示动量,说明光具有粒子性;λ表示波长,说明光具有波动性。h是普朗克常量,从这个公式可以看出普朗克常量的重要性,普朗克常量h架起了粒子性与波动性之间的桥梁。

实物粒子的波动性

路易·德布罗意

1924年,法国巴黎大学的德布罗意考虑到普朗克能量子和爱因斯坦的光子说理论的巨大成功,他在博士论文《关于量子理论的研究》中大胆地把光的波粒二象性推广到实物粒子,如电子,质子等。于是他提出实物粒子也具有波动性。即每一个运动的粒子都与一个对应的波相联系并且粒子的能量ε和动量p跟它所对应的波的频率ν和波长λ之间的关系,和光子跟光波一样,遵循如下关系。

ν=ε/h

p=h/λ

这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波,也叫物质波。

1929年,德布罗意因这篇博士论文获得诺贝尔物理学奖。

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,并都满足德布罗意关系。

物质波的实验验证

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?

1.、电子衍射实验

1927年,戴维孙和汤姆孙进行了电子衍射实验。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,证明了电子具有波动性。

1927年,G.P.汤姆孙令一电子束通过薄铝箔,结果发现,同X射线一样,也能得到清晰的电子衍射图样。

电子衍射图样

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。

微观粒子具有波粒二象性的理论得到了公认。电子衍射、中子衍射、原子和分子束在晶体表面散射所产生的衍射实验都获得了成功。

宏观物体的质量要比微观粒子大的多,运动时动量很大,根据λ=h/p可知,它们对应的德布罗意波波长就很小很小,我们生活中的实物粒子,根本无法观察到它们的波动性。

高中物理知识点总结

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