量子物理第2讲-实物粒子的二象性-波函数及其物理意义-不确定度关系省公开课一等奖全国示范课微课

量子物理第2讲——实物粒子二象性波函数及其物理意义不确定度关系主要内容三、实物粒子二象性四、波函数及其物理意义五、不确定度关系1第1页热辐射、平衡热辐射单色辐出度：辐射出射度：、黑体全部黑体辐射规律相同：(1)仅是和函数；(2)仅是函数.(3)斯特藩—玻耳兹曼定律(4)维恩位移定律2第2页普朗克量子假说(1)谐振子一次辐射能量只能是某一最小能量单元整数倍，即：

(2)频率为谐振子，最小能量单元为：大小为：只能取不连续值现象称为能量量子化；称为量子数；称为能量子(量子)；称为普朗克常量，3第3页光电效应试验规律：(1)与入射光强成正比。(2)存在当时，随增大而线性增大，与光强无关；当时，不可能产生光电流。称为红限频率或截止频率。(3)只要光电子几乎与光照同时发生，滞后不超出与光强无关。4第4页爱因斯坦光量子假说光子能量：静止质量：运动质量：光子动量：爱因斯坦光电效应方程：5第5页表明能量守恒定律和动量守恒定律在微观世界也成立。证实了光子概念及其能量和动量公式、

相对论质量表示式；康普顿效应光二象性波动性：粒子性：6第6页三、实物粒子二象性微观粒子波动性很显著，而宏观物体波动性则不能观察到。1、德布罗意假说全部实物粒子，除了含有粒子性外，同时还含有波动性。质量为速度为粒子粒子性：波动性：能量和动量频率和波长德布罗意公式与实物粒子相联络波称为物质波(德布罗意波).(1923Published,1929Nobel)7第7页镍单晶靶2、电子衍射试验戴维孙和革末（1927）：电子束射向镍单晶靶，观察到了与X射线晶体衍射类似电子衍射现象。电子波动性（First）.探测器电子枪强度8第8页电子显微镜：汤姆逊（1927）：电子波动性电子束经过薄金属箔，产生清楚电子衍射图样。二十世纪三十年代以后：全部微观粒子都含有波动性。作用：1937Nobel物理奖：C.J.Davisson&G.P.Thomson分析分子结构、晶格缺点等。高倍放大、精细分辨能力。9第9页约恩孙（1961）：电子单缝、双缝、多缝衍射10第10页四、波函数及其物理意义1、物质波波函数用于表示微观粒子波动性函数：或经典力学：频率波长沿X正方向自由传输平面波波动方程：

自由运动微观粒子，粒子性和不变，波动性和不变。

量子力学中用单色平面波表示该自由粒子：11第11页式中是波函数振幅。描述三维空间中运动自由粒子波函数：12第12页(ii)波有反射和折射，粒子对应地分成两半？2、波函数物理意义a)两种错误认识粒子是三维空间中连续分布某种物质波波包。物质波使粒子显波动性；波包活动显出粒子性，波包速度就是粒子速度，波包大小就是粒子大小。夸大了波动性：(i)波包在介质中运动扩展，粒子也变胖？两种认识都是片面。大量粒子在空间分布形成疏密波，类似于空气中机械纵波。夸大了粒子性：单个粒子就含有波动性。13第13页b)波函数几率解释微粒粒子性：质量、动量、能量等属性，不指有确切轨道。微粒波动性：干涉、衍射等特征，不指实际物理量空间分布。粒子组成波(粒子性是基本)，波组成粒子(波动性是基本)一样不正确。玻恩：类比光衍射和电子衍射。波动观点：光强度正比于光波振幅平方;粒子观点：光强度正比于光子数、正比于发觉光子概率。在某处发觉一个光子概率与该处光矢量振幅平方成正比。故：14第14页在某处发觉一个微粒概率正比于描述该微粒波函数振幅平方。即称为概率密度。微粒在体积元内出现概率为：结论：波函数本身没有直接物理意义，也不能从试验中直接测量。物质波所以又称作概率波。1954，分享Nobel物理奖.代表在时空点发觉粒子概率密度。详细形式决定粒子概率分布。15第15页连续。c)波函数归一化条件和标准条件归一化条件：标准条件：单值、有限、16第16页五、不确定度关系电子单缝衍射试验：YABOXCDAB：单缝屏,缝宽CD：观察屏；中央明纹半角宽度.一束电子入射，从单缝出射时，单个电子位于何处？位置不确定范围：动量为电子，出射时方向怎样？假如落于中央明纹范围内，则界于~考虑其它明纹，则动量不确定范围：利用得17第17页在微观世界发挥主要作用，在宏观现象中不能给出有价值结果。量子力学能够严格证实：坐标和动量不确定度关系以及能量和时间不确定关系微观粒子不可能有确切位置和确切动量，二者改变范围积大于等于微观粒子处于某一状态不可能有确切时间和确切能量，二者改变范围积大于等于不确定度关系是波粒二象性必定反应，决定于微观粒子本性，是物理学一个主要基本规律。不一样于测量误差，不可消除，与仪器精度无关。18第18页由此可知，云室中粒子径迹可看作严格曲线。例1：带电粒子在威尔逊云室中径迹是一串小雾滴，雾滴线度为当观察能量为电子径迹时，其动量与经典力学动量相对偏差不少于多少？解：已知：求：可不考虑相对论效应,题目所给能量不是电子总能量，而应是动能。由不确