17.3--4粒子的波动性-、概率波

第三节粒子的波动性粒子性波动性具有能量具有频率具有动量vhp具有波长我们无法只用其中一种观点说明光的一切行为，因而认为光既具有粒子性，又具有波动性。(h架起了粒子性与波动性的桥梁)一、光的波粒二象性•我们无法只用其中一种观点说明光的一切行为，因而认为光具有波粒二象性。•⑴大量光子产生的效果显示波动性；个别光子产•生的效果显示粒子性。•⑵波长长的光波动性明显；波长短的光粒子性明显。•⑶光在空间传播时显示波动性；与物质微粒作用时显•示粒子性。二、粒子的波粒二象性•他认为，“整个世纪以来（指19世纪）在光学中比起波动的研究方法来，如果说是过于忽视了粒子的研究方法的话，那么在实物的理论中，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子的图象想得太多，而过分忽略了波的图象呢”。德布罗意，波动力学创始人，量子力学奠基人之一。1924年，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。•一个质量为m的实物粒子以速率v运动时,即具有以能量ε和动量p所描述的粒子性，同时也具有以频率v和波长λ所描述的波动性。•与粒子相联系的波称为德布罗意波或物质波。•─德布罗意波长hpEvhhpEhvhp物体的动量普朗克常量德布罗意波波长任何一个物体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与它对应。物质波（德布罗意波）三、物质波的实验验证•由于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。•爱因斯坦却说：“瞧瞧吧，看似疯狂，不过的确站得住脚”。•于是，有人质问：有什么可以验证这一新的观念？电子衍射实验•1927年，戴维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。•1927年，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。•1937诺贝尔物理学奖•后来，大量实验都证实了：质子、中子和原子、分子等运动的实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布罗意关系。•一切运动的实物粒子都有波动性为什么生活中的宏观物体没有显示波动性呢？例1：质量m=0.01kg，速度v=300m/s的子弹的德布洛意波长为？•结果表明，宏观物体(如子弹)的波动性根本测不出来。所以，宏观物体表现为粒子性。例2：电子动能Ek=100eV，质量m=9.110-31Kg，求德布罗意波长。•解：电子动能较小，速度较小，用公式求解：•可见，微观粒子的波动性较显著，如电子运动时，相当于X射线波段。,22122mpmυEkkp=mυ=2mEphmυh=12.3nm一、经典的粒子和经典的波1、经典的粒子的基本特征⑴粒子有一定的空间大小、一定的质量和电荷量⑵粒子的运动遵从牛顿第二定律⑶粒子有确定的位置、速度以及时空中确定的轨道。2、经典的波的基本特征⑴在空间具有弥散性⑵具有一定的频率、波长具有时空的周期性在经典物理学中，波和粒子是两个不同的研究对象，具有非常不同的表现，互不相容，遵从不同的规律第四节概率波德布罗意波的统计解释1926年德国物理学家波恩提出了概率波，认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性，但大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统计规律。光的强弱对应于光子的数目，明纹处达到的光子数多，明纹表示光子达到的概率大。暗纹反之。7个电子100个电子300020000一个一个电子依次入射双缝的衍射实验：70000体现了粒子性体现了波动性粒子出现的概率高粒子出现的概率低通过上述实验可知：虽然不能肯定某个光子落在哪一点，但在屏上各处明暗不同可以推知，光子落在各点的概率是不一样的，即光子落在明纹处的概率大，落在暗处的概率小。则光子在空间出现的概率可以通过衍射、干涉的明暗条纹这样的波动规律确定。----------光是一种概率波。物质波也具有波粒二象性，同样物质波也是概率波。现象：1、单个粒子的位置是不确定的，但在某点附近出现的概率的大小可以由波动规律确定。2、大量粒子，概率的分布导致确定的宏观结果。电子数越多，规则的条纹越来越明显。二、概率波波动性是光子间相互作用结果吗？波动性不是光子间相互作用引起的，而是光子自身固有的性质光是一种概率波⑴不能确定某时刻某个光子落在哪个位置⑵光子落在某一位置附近的概率可以确定，且光子在空间出现的概率可通过波动的规律确定。光子在某位置出现的概率大，对大量光子来说达到该位置的光子数多，该位置出现明条纹。反之出现暗条纹。1、与实物粒子相联系的物质波也是概率波，即单个粒子的位置是不确定的，但粒子在某点附近的概率的大小可以由波动的规律确定。2、对大量粒子来说，概率大的位置达到的粒子数多，概率小的位置达到的粒子数少。对实物粒子的波粒二象性的理解