高中物理实物是粒子还是波全国通用实物是粒子还是波.ppt

实物是粒子还是波 陕西三原中学 zhshzh 物质 实物 场 质子 电子 电场 磁场 光是传播着的电磁场 实物粒子是否会在一定条件下表现出波动性 1924年法国物理学家德布罗意在他的博士论文中大胆的提出 任何一个运动着的物体 小到电子 质子 大到行星 太阳 都有一种波与它对应 其波长是 德布罗意 物体的动量 普朗克常量 物体的波长 人们把这种波叫做物质波 也叫德布罗意波 德布洛意波 案例分析p 41 案例 一只质量为450g的足球的速度为10m s的速度在空中飞行 一个初速度为零的电子通过电压为100v的加速电场 是分别计算它们的德布洛意波长 答案 1 47 10 34m 1 2 10 10m 提问 足球 宏观物体 的德布洛意波长与电子 微观粒子 的波长相比 有什么特点 它们的波长与可见光相比又怎么样 能够用用我们做单缝衍射实验的单缝观察到它们的衍射现象吗 宏观物体的德布罗意波的波长比微观粒子的波长小的多 很难观察到它们的波动性 但是微观粒子的情形完全不同 其波长为10 10m 与晶体中晶格大小的数量级相当 早在1923年 思维敏锐的德布洛意就预言 从很小的孔穿过的电子束能够呈现衍射现象 这或许就是人们能借以寻找关于我们想法的实验证据的方向 1927年 美国和英国物理学家利用观察 电子束照射到晶体晶格上发生的衍射现象 证实了德布罗意的假设 学生阅读 p 41最后一行到p 42中间 实验事故导致的重大发现 1 美国物理学家戴维孙及其合作者革末发现电子衍射的故事 2 英国物理学家g p 汤姆孙的电子衍射实验的方法 方法简便 效果明显 3 戴维孙和g p 汤姆孙因此而分享了1937年的诺贝尔物理学奖 物质波也是概率波 光子和实物粒子在空间分布的概率是受波动规律支配的 宏观质点的运动情况 遵从经典力学规律 微观粒子的运动情况 遵从概率统计规律 物质波 又一种概率波 学生观察 课本p 42电子通过金箔的衍射图样 物理学家海观察到了中子 甚至氢 氮等原子的衍射图样 电子通过金箔的衍射图样 德布洛意理论的意义与量子力学的诞生 德布洛意理论是物理学史上又一次伟大的综合 他揭示了物质世界的普遍属性 启示人们在对电子这类微观粒子进行研究时 不能再局限在经典物理学的框架内 从而为量子力学的建立奠定了坚实的基础 1923年奥地利物理学家薛定谔接受并发展了德布洛意的思想 建立了波动力学 1925年德国物理学家海森伯则发展了玻尔的原子理论 建立了矩阵力学 不久薛定谔证明矩阵力学和波动力学在数学上是等价的 人们将这两种理论通称为量子力学 不确定关系 经典物理学用物体的位置和速度来描述它的运动状态 用适当的仪器可以同时精确地测定这两个物理量 微观世界中 我们能否同时精确地测定的位置和速度呢 1927年 德国物理学家海森伯提出 在测定微观粒子的位置和动量这些物理量时 总存在一种不确定性 以电子单缝衍射为例分析说明 xbcpdo yad 分析说明 我们不能确定电子从缝的哪一点通过 故在x方向位置的不确定量 x d 电子打在屏上的位置也不确定 概率波描述的正是这种不确定性 这对应于电子通过单缝后在x方向上的动量具有不确定性 其不确定量为 px 单缝衍射的结果告诉我们 d越大 衍射条纹越宽 间距越大 显然 位置的不确定量 x d越小 动量不确定量为 px越大 海森伯通过理论分析和数学推导得到 著名的不确定关系 位置和动量的不确定关系 时间和能量的不确定关系 可推导 经典力学中 我们用质点的位置和动量来描述它的运动状态 量子力学中 不确定关系告诉我们 在微观世界我们不可能同时准确地得知一个粒子的位置和动量 因此也就不能同时用这两个量来描述它的运动 量子力学中 用 概率波 来描述微观粒子的运动规律 进一步用概率这个概念来描述微观粒子在某处出现的几率大小 例如 当氢原子处于不同的能级时 电子在各处出现的概率是不一样的 事实表明 量子力学的研究结论与实际符合的很好 如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率 画出图来 就像云雾一样 可以形象的称做电子云