3　粒子的波动性 (15).ppt

1、实物粒子的波粒二象性、不确定关系,光的干涉、衍射、偏振等现象，使我们无可非议地认识到光具有波动性，光电效应、康普顿效应使我们认识光具有粒子性。所以光即具有波动性又具有粒子性。即：光具有波粒二象性。,思考1、同样双缝或单缝条件下，红光的条纹间距比紫光大，这说明了什么？,思考2、同样金属做光电效应实验，用紫光照射能产生光电效应但红光可能不能产生光电效应，这说明了什么？,结论：从频率（波长）上看：频率高（波长短）的光子粒子性强，频率低（波长长）的光子波性强。,思考3、光在传播中遇到双缝、单缝、障碍物、偏振动片，表现出什么特征？,思考4、光遇到金属，即与金属的电子相互作用，表现出什么特征？,结论：当光

2、和其它物质发生相互作用时表现为粒子性，当在传播时表现为波动性。,思考5、观察三幅照片说说感受?,结论,1、这张照片清晰的显示了光的粒子性,一、光的波粒二象性：,光的波动性和粒子性是光在不同条件下的不同表现：,（1）从数量上看：少量光子的运动表现出粒子性；大量光子的运动表现出波动性。,（2）从频率上看：频率高的光子粒子性强，频率低的光子波性强。,（3）当光和其它物质发生相互作用时表现为粒子性，当在传播时表现为波动性。,（4）光子在空间各点出现的可能性（几率）的大小可以用波动规律进行解释，即光是一种概率波。,1923年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设想，对于光子的波粒二象性会不会也适用于

3、实物粒子。,光具有粒子性， 又具有波动性。,光子能量和动量为,上面两式左边是描写粒子性的 E、P；右边是描写波动性的 、。 将光的粒子性与波动性联系起来。,天才的预言：,类比假设,迁移拓展,思想方法 自然界在许多方面都是明显地对称的，他采用类比的方法提出物质波的假设 .,“整个世纪以来，在辐射理论上，比起波动的研究方法来，是过于忽略了粒子的研究方法； 在实物理论上，是否发生了相反的错误呢 ？ 是不是我们关于粒子的图象想得太多 ，而过分地忽略了波的图象呢？”,法国物理学家德布罗意（Louis Victor de Broglie 1892 1987 ),实物粒子：静止质量不为零的那些微观粒子。,一

4、切实物粒子都有具有波粒二象性。,科学假设与推广,实物粒子的波粒二象性的意思是：微观粒子既表现出粒子的特性，又表现出波动的特性。,实物粒子的波称为德布罗意波或物质波，物质波的波长称为德布罗意波长。,2.德布罗意关系式,德布罗意把爱因斯坦对光的波粒二象性描述应用到实物粒子，,动量为 P 的粒子波长：,德布罗意公式,1、1924年德国的物理学家德布罗意提出：任何一个运动着的物体，如电子、质子等，都有一种波和它对应，波长=h/p，其中P是运动物体的动量 ，h是普朗克常量，人们把这种波叫做物质波，也叫德布罗意波,二、物质波：,德布罗意公式,例 在一束电子中，电子的动能为 ，求此电子的德布罗意波长 ？,解

5、,此波长的数量级与 X 射线波长的数量级相当.,物体 质量 速度 得布罗意波长 (克) (厘米/秒) (厘米) 地球 61027 3106 3.610-61 石头 100 100 6.610-31 电子 10-27 6107 10-7,X 射线照在晶体上可以产生衍射，电子打在晶体上也能观察电子衍射。,1927年 C.J.戴维森与 G.P.革末作电子衍射实验，验证电子具有波动性。,三、德布罗意波的实验验证,1. 电子衍射实验一,戴维逊和革末的实验是用电子束垂直投射到镍单晶，电子束被散射。其强度分布可用德布罗意关系和衍射理论给以解释，从而验证了物质波的存在。,1927年 G.P.汤姆逊（J.J.汤

6、姆逊之子） 也独立完成了电子衍射实验。与 C.J.戴维森共获 1937 年诺贝尔物理学奖。,2. 电子衍射实验二,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。,此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。,粒子观点,电子密处，概率大。,电子疏处，概率小。,波动观点,电子密处，波强大。,电子疏处，波强小。,电子出现的概率反映该处的波强。,用德布罗意粒子的波粒二象性来解释电子的衍射现象：,在一般情况下，对于电子和其他微观粒子，不能用确定的坐标来描述它们的位置，因此也无法用轨迹描述它们的运动，但是它们在空间各处出现的概率是受波动规律支配的。也就是物质波也是概率波。,（a）

7、表示28个电子通过双缝后的干涉图样，可以看到每个电子都是一个点，体现了粒子性，但每个点都落在干涉极大处，体现电子遵守概率波给出的分布波动性。（b），（c），（d）分别表示103，104和106个电子通过双缝后的衍射图样，随着电子数增加，代表单个电子的亮点逐渐消失，而规则的衍射条纹越加明显。,实验表明：1）电子在亮条纹处概率大，暗条纹处概率小。一个电子到达屏时实际上只落在一个点上，但究竟在哪个点上呢？是按概率波给出的概率分布的。,2）用大量电子参加双缝实验时，各个电子的落点是按概率波给出的概率分布表现出来的，大量电子到达接收屏后必然是落在概率大的地方电子多（即出现亮条纹），在概率小的地方少（出现暗条纹），因此，用概率波描述电子能很好地将电子的波动性与粒子性结合起来。,1、经典力学中，物体初始位置、动量以及粒子所在力场的性质确定后，物体以后的运动位置就可确定。但对微观粒子，因具有波动性，其坐标和动量不能同时确定。我们不能用经典的方法来描述它的粒子性。,物理根源是粒子的波动性,实物粒子的不确定性关系与光子的相同,2、海森