第25章 波二象性.pptVIP

能量 ε 和动量 p 显示光具有粒子性，而频率 ν 和波长 λ 则显示出光具有波动性。 光的粒子性和光的波动性通过普朗克恒量 h 定量地联系在一起，使我们对光的本性获得全面的认识。 26.4 康普顿散射 X光检测器 X光管 光阑 散射 物质 晶体 I ? ?=0o ? I ?=45o I ? ?=90o I ? ?=135o ?0 对一定的散射角 ? ，既有与入射线相同的波长，又有比入射光线更长的波长，而且波长的增加量随角 ? 的增加而增大，但与X 射线的波长和散射物质无关。 经典电磁理论只能说明有正常散射存在，即散射光的频率与入射光频率相等；而无法解释康普顿散射。 正常散射 波长变长的散射称为康普顿散射 在固体中有许多与原子核联系较弱的电子可视为自由电子。这些电子的热动能比入射光子的能量小很多可忽略不计，与光子碰撞前看成静止。 入射光子 散射的光子 外层电子 θ X X e φ X φ θ 碰撞前 光子： 电子： 碰撞后 光子： 电子： 系统能量守恒： 系统动量守恒： 称为康普顿波长 波长的改变与散射物质无关，仅取决于散射角，而且关系式中包含了普朗克常量，因此它是经典物理学无法解释的。 对于可见光，微波等，散射现象不明显 X光 散射现象明显 ? = 0 时 ，波长不变； ?增加时，波长变长； ? = p 时 ，Dl 最大。 康普顿效应的物理意义： 康普顿散射进一步证实了光子论； 证明了光子能量、动量表示式的正确性，光具有波粒两象性； 证明在光电相互作用的过程中严格遵守能量、动量守恒定律。 x y x y Pe ? h/?0 h/? 解：1).散射后X射线波长的改变为： 例：波长为0.02 nm的X射线与静止的自由电子碰撞，现在从和入射方向成90o角方向去观察散射辐射。求: 1) 散射X射线的波长；2)反冲电子的能量。 所以散射X的波长为： 2).根据能量守恒，反冲电子获得的能量就是入射光子与散射光子能量的差值，所以： 26.5 粒子的波动性 为了解决玻尔量子理论遇到的困难，德布罗意在玻尔量子条件和光的波粒二象性的启发下，认识到自然界在很多方面应该是对称的。 “一个世纪以来，人们对光的研究是过多地注意了光的波动性而忽略了光的粒子性；对于实物粒子的研究是否恰恰相反，把粒子的图像想得过多而忽略了它们的波动的图像呢？” 德布罗意 (1892-1960) ，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。 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。 1922年德布罗意的思想进一步升华，经再三思考，1924年，德布罗意在他的博士论文《量子论研究》中大胆地提出了如下假设：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，也具有以频率 ν 和波长 λ 所描述的波动性。 德布罗意还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”。 * 第5篇 量子物理 1900年，德国物理学家普朗克在研究黑体辐射时，提出了“能量子”的概念。量子的意思是不能再分解的最小单元，普朗克为量子理论的建立奠定了基础。 1905年德国物理学家爱因斯坦在分析光电效应实验规律时，提出光的能量子单元，进一步发展了普朗克能量量子化的思想，爱因斯坦为量子理论的发展打开了局面。 1915年美国物理学家康普顿针对晶体 x 射线散射的实验事实提出：光子不仅具有能量，而且有动量。利用这个假定，康普顿成功地解释了光子--电子散射的实验结果。 经过爱因斯坦、波尔、德布罗意、波恩、海森伯、薛定谔、狄拉克等人的努力，到20实际30年代形成量子力学理论。 量子力学是关于微观世界的理论，是一门奇妙的理论，它与相对论一起构成现代物理学的理论基础，它的许多基本概念、规律、方法与经典物理截然不同。 吴有训 第26章 波粒二象性 在经典物理学中，粒子和波是描述截然不同的物理对象的两个概念。 粒子是指质量和能量局限于有限空间区域并作整体运动的微观个体；波则是指分布在空间各处、互相影响并随时间和空间位置周期变化的某一物理量的传播过程。 26.1 黑体辐射 给铁块加热，随温度的升高，不发光→暗红→赤红→橙色→黄白。加热其它物体也是如此。