大学物理波粒二象性(PPT课件).pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 二、不确定关系的应用举例 解: 代之以电子云的概念 由不确定关系 有 【例】原子的线度按 估算，原子中电子的动能按 估算，论证原子中电子的运动不存在轨道。 电子速度完全不确定。从而下一时刻电子的位置完全不能确定，轨道的概念失去意义。 速度不确定度和速度本身数量级相同 在宏观现象中，不确定度关系可以忽略。 【例】设子弹质量为0.01kg，枪口直径为0.5cm，试分析波粒二象性对射击瞄准的影响。 横向速度的不确定度为 解: 这可以看成是横向速度的最大值，它远远小于子弹从枪口射出时每秒几百米的速度，因此对射击瞄准没有任何实际的影响。 子弹的运动几乎显现不出波粒二象性。 【例】动能Ek ? 108 eV的电子射入威尔逊云室， 径迹的线度?10 ? 4cm，问 “轨道”概念适用否？ 解: 电子横向位置的不确定度 ?x? 10 ? 4cm。 横向动量的不确定度 电子动量为 显然 ?pxp，?px对电子运动几乎没影响，轨道概念仍适用。 实验上正是通过粒子在云室中留下的径迹（轨道）来探测高能粒子。 威尔逊云室中宇宙线（高能粒子）的径迹 自由运动： 不受力 ? p不变 ? ? 不变 类似经典波的函数式，德布罗意波的波函数为： 补充：一维自由运动粒子的波函数 或: 德布罗意关系 沿+x方向运动的自由粒子波函数 在三维空间中运动的自由粒子的波函数 沿+x方向运动的自由粒子波函数 物质波波函数： 一维 三维 Chap.26 SUMMARY ⒈普朗克量子假设 ⒉光电效应 谐振子能量: E=nh? (n=1,2,3,?) (h=6.626?10-34J?s) ⑴光电效应方程: ⑵红限频率: ⑶遏止电压: ⑷光的波粒二象性: (1)康普顿效应 电子的康普顿波长 4.光子理论的实验证实--- 康普顿散射 (2)光子理论的解释 光子与静止的自由电子 能量与动量守恒 ⒊德布罗意波——与实物粒子相联系的波 ⒋波函数(概率幅) ⑴统计解释 ???2 ——概率密度 (前提：?是归一的) ⑵概率计算 ⑶?应满足：单值、有限、连续、(归一) ⒌不确定关系： ⒌不确定关系： * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 为防止电子间发生作用 现代实验技术可以做到一次一个电子通过缝 单电子双缝衍射实验 若使一个电子反复多次通过双缝，会出现相同的衍射图样。 让电子一个一个地入射，发现时间足够长后的衍射图样和大量电子同时入射时完全相同。 底片上出现一个一个的点，开始时底片上的点似无规则分布，随着电子增多，逐渐形成双缝衍射图样 一个一个电子依次入射双缝的衍射实验： 70000 7个电子 100个电子 在观察屏上的图像 3000个 20000个 一个个地出现说明了电子的粒子性 随着电子数目的增多，在屏上逐渐形成了衍射图样， 说明 “一个电子”就具有的波动性 实验说明，电子的波动性并不是很多电子在空间聚集在一起时相互作用的结果，而是单个电子就具有波动性。换言之，干涉是电子“自己和自己”的干涉。 无论是大量电子同时入射，还是电子一个一个地长时间地入射，都只是让单个电子干涉的效果在底片上积累并显现出来而已。 §5 概率波（几率波） 怎样理解波粒二象性? 物质波的本质？ 怎样把粒子性(颗粒性，集中于一点) 波动性(连续性，扩展于空间) 统一起来？ 一、历史上两种典型的看法 把微观粒子看作是经典粒子和经典波的混合体 1.“粒子是由波组成的” ·把粒子看作是由很多波组成的波包 ·但波包在媒质中要扩散、消失(和粒子性矛盾) 2.“波是由粒子组成的” ·认为波是大量粒子组成的； ·波动性是大量粒子相互作用而形成的 但这和单个粒子就具有波动性相矛盾 德布罗意波并不像经典波那样是代表实在物理 量的波动，而是描述粒子在空间的概率分布的“概率波”。 二、概率波 统计性把波和粒子两个截然不同的经典概念联系了起来 1.概率波 对光辐射(电磁波)，爱因斯坦1917年引入统计性概念： 波动观点： 光强 ? E2 粒子观点： 光强 ? 某处光子数 ? 某处发现一个光子的概率 ? E 2 ? 某处发现一个光子的概率 对物质波，玻恩（M.Born）1927年提出的概率解释： 描述粒子在各处被发现的概率。 M.玻恩 爱因斯坦对玻恩假设曾持不同观点，他认为完善的理论不应是统计性的。他在给玻恩的信中写道，“在任何情况下，我相信，上帝是不掷骰子的”。 玻恩对了，爱因斯坦错了！ 三、波函数及其