粒子的波动性.ppt

17 3崭新的一页 粒子的波动性 德布罗意 deBroglie 1892 1987 波的类型 机械波 电磁波 波的特性 干涉 衍射 需要依靠介质传播 可以在真空中传播 干涉 两列或两列以上的相干波在空间中重叠时发生叠加形成新波形的现象 衍射 波在传播过程中遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象 有记者曾问英国物理学家 诺贝尔获奖者布拉格教授 光是波还是粒子 布拉格幽默地回答道 星期一 三 五它是一个波 星期二 四 六它是一个粒子 星期天物理学家休息 那么光的本性到底是什么 光的本性 光学发展史 T 年 波动性 粒子性 1801 托马斯 杨双缝干涉实验 1814 菲涅耳衍射实验 赫兹电磁波实验 赫兹发现光电效应 康普顿效应 牛顿微粒说占主导地位 波动说渐成真理 T 年 波动性 粒子性 光既具有粒子性 又具有波动性 光学发展史 粒子性 波动性 具有能量 具有频率 具有动量 h架起了粒子性与波动性之间的桥梁 一 光的波粒二象性 具有波长 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 用类比方法分析问题 1924年 他考虑到普朗克量子爱因斯坦光子理论的成功在博士论文 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 这种与实物粒子相联系的波称为德布罗意波 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 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 二 粒子的波粒二象性 实物粒子也具有波粒二象性 每一个运动的粒子都与一个对应的波联系 这种波称之为物质波 也叫德布罗意波 二 粒子的波粒二象性 德布罗意波 物质波 的波长 1 一个电子被75V的电压加速后 电子质量为9 11 10 31kg a 加速后的速度为多大 b 求其具有的德布罗意波长 例题 1 4 10 10m 0 14nm 2 如速度v 500m s飞行的子弹 质量为m 10 2kg 对应的德布罗意波长为多少 实在太小 v 5 13x106m s 发现衍射现象的前提 孔 缝 障碍物的尺寸与波长差不多或者比波长更小 而普通物体的物质波长太小 所以几乎观察不到波动性 波长越长 波动性越明显 波长越短 粒子性越明显 1912年劳厄证明了伦琴射线晶体离子的间距大概是10 10m 电子衍射实验 三 物质波的实验验证 1927年G P 汤姆孙 J J 汤姆孙之子 与C J 戴维森分别利用了伦琴射线晶体完成了电子衍射实验 此后 人们相继证实了原子 分子 中子等都具有波动性 电子衍射图样 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 四 德布罗意波的统计解释 经典的波 具有时空周期性的 确定的德布罗意波 概率波 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 光是一种概率波 光的强弱对应光子的数目 7个电子 100个电子 3000 20000 一个一个电子依次入射双缝的干涉实验 70000 大量粒子表现波动性少量粒子表现粒子性 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 粒子数越多 规则的条纹越来越明显 物质波也是概率波 五 小结 2 1 光和实物粒子都具有波粒二象性 3 德