大学物理课件---物质波的统计解释---[福州大学...李培官]

1今天是2020年1月19日星期日大学物理课件福州大学至诚学院--物质波的统计解释大学物理教研室李培官2第六篇第十二章.---波和粒子3§12--2.物质波.不确定关系§12-2--2.物质波的统计解释4一.电子双缝衍射实验机械波是机械振动在介质中的传播，电磁波是变化的电磁场在空间的传播,那么实物粒子波是什么形式呢?按照经典物理的观点，粒子是分立的，集中在一定的范围内，而波是连续的，是弥漫在整个空间的。二者如何统一起来呢?电子是波还是粒子？1961年琼森（ClausJönsson）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,发现了类似的双缝衍射图样。5单位时间内许多电子通过双缝，底片上很快出现衍射图样。这是许多电子在同一个实验中的统计结果。1.强电子束入射6底片上出现一个一个的点子显示出电子具有粒子性。开始时底片上的点子无规分布，随着电子增多，逐渐形成衍射图样，衍射图样来源于“一个电子”具有的波动性。一个电子重复许多次相同实验表现出的统计结果。电子几乎是一个一个地通过双缝，衍射图样不是电子相互作用的结果。2.弱电子束入射77弱电子流长时间“曝光”强电子流短时间“曝光”相同的衍射花样波动性是单个粒子的本征属性“一个电子”就具有的波动性，电子波并不是电子间相互作用的结果。但一定条件下（如双缝），它在空间某处出现的概率是可以确定的。尽管单个电子的去向具有不确定性，3.实验表明：单个电子也具有波动性8二.理解物质波的错误观点1.粒子的波动性是单粒子的属性，还是多粒子性？2.粒子的波粒二象性的本质是什么？3.如何描述粒子的波粒二象性？其意义？观点一：波是基本的，电子是“波包”。但波包要扩散、消失,而电子是稳定的。9观点二：粒子是基本的，电子的物质波是大量电子相互作用形成的。这种看法与实验不符。我们知道，衍射现象是由波的干涉而产生的，如果波真是由它所描写的粒子所组成，则粒子流的衍射现象应当是由于组成波的这些粒子相互作用而形成的。但事实证明，在粒子流衍射实验中，照象片上所显示出来的衍射图样和入射粒子流强度无关，也就是说和单位体积中粒子的数目无关。如果减小入射粒子流强度，同时延长实验的时间，使投射到照象片上粒子的总数保持不变，则得到的衍射图样将完全相同。即使把粒子流强度减小到使得粒子一个一个地被衍射，照片上一次出现一个孤立的点，体现了电子的粒子性。只要经过足够长的时间，所得到的衍射图样也还是一样。这说明每一个粒子被衍射的现象和其他粒子无关，衍射图样不是由粒于之间的相互作用而产生的。10三.物质波的统计解释当前得到公认的关于德布罗意波的实质的解释是玻恩(M.Born)在1926年提出的。即物质波是概率波。1.波恩解释：物质波是一种几率波，对单个粒子来说无法确定其某一时刻的位置，而对多数粒子来说，在空间不同位置出现的几率遵从一定的统计规律。亮纹的地方，电子出现的几率大；而非峰值的地方，电子出现的几率小，所以微观粒子的空间分布表现为具有连续特征的波动性，这就是物质波的统计解释。(玻恩获得1954诺贝尔物理学奖)12机械波:-位移量在空间传播电磁波:-电场强度在空间传播实物波:---粒子在空间出现的几率的分布)ux(t-Aycos)ux(t-EEcos0φx电子束波动观点:2AI光强亮A大暗A小粒子观点:光子数密度NIN大N小统计观点:几率I几率大几率小实物波动性只有统计意义.IP几率(粒子出现在P点的几率)粒子在空间出现的几率分布表现出具有连续特征波动性结论以电子单缝衍射为例:13(2).对物质波的理解实物粒子本身的结构仍然是一粒一粒的，但是它在空间的分布具有连续的波动性质。具体地说，由大量粒子组成的粒子束，在空间传播时，到达各点的粒子数目常常是不同的，各点粒子出现的多少按波动的规律分布；就单个粒子来说，它在空间各点出现的几率也按波动的规律分布。可见，所谓物质波，并非原来的实物粒子变成弯弯曲曲的“波”了，而是指粒子在空间分布的几率具有波动的性质。14141.粒子性指它与物质相互作用的“颗粒性”或“整体性”。但不是经典的粒子！在空间以概率出现。没有确定的轨道应摒弃“轨道”的概念！(3).对微观粒子波粒二象性的正确理解2.波动性指它在空间传播有“可叠加性”，有“干涉”、“衍射”、等现象。但不是经典的波！因为它不代表实在物理量的波动。15欢迎指导今天是2020年1月19日星期日谢谢