粒子波動(dòng)性概率波不確定性

1、光的本性有記者曾問(wèn)英國(guó)物理學(xué)家、諾貝爾獲獎(jiǎng)?wù)卟祭杏浾咴鴨?wèn)英國(guó)物理學(xué)家、諾貝爾獲獎(jiǎng)?wù)卟祭窠淌冢汗馐遣ㄟ€是粒子？格教授：光是波還是粒子？布拉格幽默地回答道：布拉格幽默地回答道：“星期一、三、五它是星期一、三、五它是一個(gè)波，星期二、四、六它是一個(gè)粒子，星期一個(gè)波，星期二、四、六它是一個(gè)粒子，星期天物理學(xué)家休息。天物理學(xué)家休息。”如果你是布拉格教授，將如何機(jī)智地回答？如果你是布拉格教授，將如何機(jī)智地回答？那么光的本性到底是什么？那么光的本性到底是什么？人類對(duì)于光的認(rèn)識(shí)歷程人類對(duì)于光的認(rèn)識(shí)歷程德布羅意：粒子和波這兩種觀點(diǎn)應(yīng)該以某種方式統(tǒng)一物質(zhì)波德布羅意 能量量子化普朗克hmc2hmcp粒子性波動(dòng)性（

2、具有能量）（具有頻率）（具有動(dòng)量）hph架起了粒子性與波動(dòng)性之間的橋梁一.光的波粒二象性（具有波長(zhǎng)）1672T/年1690186419051909。1924二.粒子的波粒二象性 德布羅意原來(lái)學(xué)習(xí)歷史，后來(lái)改學(xué)理論物理學(xué)。他善于用歷史的觀點(diǎn)，用類比方法分析問(wèn)題。 1924年，他考慮到普朗克量子愛(ài)因斯坦光子理論的成功在博士論文關(guān)于量子理論的研究中大膽地把光的波粒二象性推廣實(shí)物粒子，如電子，質(zhì)子等。于是他提出實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性。這種與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波. 愛(ài)因斯坦覺(jué)察到德布羅意物質(zhì)波思想的重大意義，譽(yù)之為“揭開一幅大幕的一角”。法國(guó)物理學(xué)家，1929年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者，波動(dòng)力學(xué)的

3、創(chuàng)始人，量子力學(xué)的奠基人之一。二.粒子的波粒二象性 一個(gè)質(zhì)量為m的實(shí)物粒子以速率v 運(yùn)動(dòng)時(shí)，即具有以能量和動(dòng)量p所描述的粒子性，同時(shí)也具有以頻率和波長(zhǎng)所描述的波動(dòng)性。EPh粒子性二者通過(guò)h來(lái)聯(lián)系二.粒子的波粒二象性hPhmvh 由于德布羅意博士論文獨(dú)創(chuàng)性，得到了答辯委員會(huì)的高度評(píng)價(jià)，但是人們總覺(jué)得他的想法過(guò)于玄妙，無(wú)法接受。于是，有人質(zhì)問(wèn)：有什么可以驗(yàn)證這一新的觀念？三.物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 X 射線照在晶體上可以產(chǎn)生衍射，電子打在晶體上也能觀察電子衍射。 戴維遜和革末的實(shí)驗(yàn)是用電子束垂直投射到鎳單晶，電子束被散射。其強(qiáng)度分布可用德布羅意關(guān)系和衍射理論給以解釋，從而驗(yàn)證了物質(zhì)波的存在。 1927年

4、 G.P.湯姆遜（J.J.湯姆遜之子） 也獨(dú)立完成了電子衍射實(shí)驗(yàn)。與 C.J.戴維森共獲 1937 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。CsUKG多晶薄膜高壓柵極陰極1. 電子衍射實(shí)驗(yàn)電子束在穿過(guò)細(xì)晶體粉末或薄金屬片后，也象X射線一樣產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。此后，人們相繼證實(shí)了原子、分子、中子等都具有波動(dòng)性。電子衍射圖樣三.物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三.物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證2.電子雙縫實(shí)驗(yàn)1961年瓊森（Claus Jnsson）將一束電子加速到50Kev，讓其通過(guò)一縫寬為a=0.510-6m，間隔為d=2.010-6m的雙縫,當(dāng)電子撞擊熒光屏?xí)r,發(fā)現(xiàn)了類似于雙縫衍射實(shí)驗(yàn)結(jié)果.大量電子一次性通過(guò)三.物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 電電子子顯顯微微鏡

5、鏡電子顯微鏡下的頭發(fā)分叉照片電子顯微鏡下的血液中紅細(xì)胞的照片例例1:下列說(shuō)法中正確的是下列說(shuō)法中正確的是( )A.物質(zhì)波屬于機(jī)械波物質(zhì)波屬于機(jī)械波B.只有像電子只有像電子 質(zhì)子質(zhì)子 中子這樣的微觀粒子才具有波動(dòng)性中子這樣的微觀粒子才具有波動(dòng)性C.德布羅意認(rèn)為德布羅意認(rèn)為,任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體任何一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體,小到電子小到電子 質(zhì)子質(zhì)子,大到行星大到行星 太陽(yáng)都具有一種太陽(yáng)都具有一種波和它對(duì)應(yīng)波和它對(duì)應(yīng),這種波稱為物質(zhì)波這種波稱為物質(zhì)波.D.宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí),看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象看不到它的衍射或干涉現(xiàn)象,所以宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)不具有波動(dòng)性所以宏觀物體運(yùn)動(dòng)時(shí)不具有波動(dòng)性解析解析:物質(zhì)波

6、是一切運(yùn)動(dòng)著的物體所具有的波物質(zhì)波是一切運(yùn)動(dòng)著的物體所具有的波,與機(jī)械波性質(zhì)不同與機(jī)械波性質(zhì)不同,宏觀物體也具宏觀物體也具有波動(dòng)性有波動(dòng)性,只是干涉只是干涉 衍射現(xiàn)象不明顯衍射現(xiàn)象不明顯,看不出來(lái)看不出來(lái),故只有故只有C選項(xiàng)正確選項(xiàng)正確.答案答案:C例例2:一個(gè)電子初速為零一個(gè)電子初速為零,通過(guò)電壓為通過(guò)電壓為100 V的加速電場(chǎng)的加速電場(chǎng),試計(jì)算它的德布羅意波長(zhǎng)試計(jì)算它的德布羅意波長(zhǎng).(電電子電量子電量e=1.610-19 C,電子質(zhì)量電子質(zhì)量me=9.110-31 kg)(保留兩位有效數(shù)字保留兩位有效數(shù)字)解析:電子從靜止經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)后的速度為v由動(dòng)能定理得eU= mev2p=mev=設(shè)該

7、電子運(yùn)動(dòng)時(shí)的德布羅意波長(zhǎng)為122em eU343119101.21026.631029.1101.6m10100.ehhpm eUm例例3:如果一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)量為如果一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)量為10 g的子彈都以的子彈都以103 m/s的速度運(yùn)動(dòng)的速度運(yùn)動(dòng),則它們德布羅則它們德布羅意波的波長(zhǎng)分別是多少意波的波長(zhǎng)分別是多少?(中子的質(zhì)量為中子的質(zhì)量為1.6710-27kg)10n35342733433:m4.010m .m6.6310m .6.63101.6710106.6310101010hphphp子解 析根 據(jù)可 得 中 子 的 物 質(zhì) 波 的 波 長(zhǎng)子 彈 的 物 質(zhì) 波 的 波 長(zhǎng)答案答案:

8、(1)4.010-10 m 6.6310-35 m例例: :下列有關(guān)光的波粒二象性的說(shuō)法中下列有關(guān)光的波粒二象性的說(shuō)法中, ,正確的是正確的是( )( )A.A.有的光是波有的光是波 有的光是粒子有的光是粒子B.B.光和電子是同樣的一種粒子光和電子是同樣的一種粒子C.C.光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)光的波長(zhǎng)越長(zhǎng), ,其波動(dòng)性越顯著其波動(dòng)性越顯著; ;波長(zhǎng)越短波長(zhǎng)越短, ,其粒子性越顯著其粒子性越顯著D.D.大量光子的行為往往顯示出粒子性大量光子的行為往往顯示出粒子性解析解析: :一切光都具有波粒二象性一切光都具有波粒二象性, ,光的有些行為光的有些行為( (如干涉如干涉 衍射衍射) )表現(xiàn)出波表現(xiàn)出波動(dòng)性動(dòng)性

9、, ,光的有些行為表現(xiàn)出粒子性光的有些行為表現(xiàn)出粒子性( (如光電效應(yīng)如光電效應(yīng)),),所以所以, ,不能說(shuō)有的光不能說(shuō)有的光是波是波, ,有的光是粒子有的光是粒子. .雖然光子和電子都是微觀粒子雖然光子和電子都是微觀粒子, ,都具有波粒二象都具有波粒二象性性, ,但電子是實(shí)物粒子但電子是實(shí)物粒子, ,有靜止的質(zhì)量有靜止的質(zhì)量; ;光子不是實(shí)物粒子光子不是實(shí)物粒子, ,沒(méi)有靜止沒(méi)有靜止的質(zhì)量的質(zhì)量, ,電子是以實(shí)物粒子存在的物質(zhì)電子是以實(shí)物粒子存在的物質(zhì), ,而光子是以場(chǎng)的形式存在的物而光子是以場(chǎng)的形式存在的物質(zhì)質(zhì), ,所以不能說(shuō)光子和電子是同樣的一種粒子所以不能說(shuō)光子和電子是同樣的一種粒子,

10、 ,大量光子的行為往往表大量光子的行為往往表現(xiàn)出波動(dòng)性現(xiàn)出波動(dòng)性, ,個(gè)別光子往往顯示出其粒子性個(gè)別光子往往顯示出其粒子性, ,光的波長(zhǎng)越長(zhǎng)光的波長(zhǎng)越長(zhǎng), ,波動(dòng)性越波動(dòng)性越顯著顯著. .光的波長(zhǎng)越短光的波長(zhǎng)越短, ,其頻率越高其頻率越高, ,其光子的能量越大其光子的能量越大, ,個(gè)別或少數(shù)光個(gè)別或少數(shù)光子作用就足以引起光接收裝置的反應(yīng)子作用就足以引起光接收裝置的反應(yīng), ,所以其粒子性就很顯著所以其粒子性就很顯著, ,故選項(xiàng)故選項(xiàng)C C正確正確. .例：例：在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個(gè)光強(qiáng)的在單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，中央亮紋的光強(qiáng)占從單縫射入的整個(gè)光強(qiáng)的95%以上假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)

11、光子通過(guò)單縫，那么該光子以上假設(shè)現(xiàn)在只讓一個(gè)光子通過(guò)單縫，那么該光子()A一定落在中央亮紋處一定落在中央亮紋處B一定落在亮紋處一定落在亮紋處C可能落在暗紋處可能落在暗紋處D落在中央亮紋處的可能性最大落在中央亮紋處的可能性最大解析：選解析：選CD.根據(jù)光的概率波的概念，對(duì)于一個(gè)光子通過(guò)單縫落在何根據(jù)光的概率波的概念，對(duì)于一個(gè)光子通過(guò)單縫落在何處，是不可確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處，可達(dá)處，是不可確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處，可達(dá)95%以以上當(dāng)然也可能落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，只不過(guò)落在暗上當(dāng)然也可能落在其他亮紋處，還可能落在暗紋處，只不過(guò)落在暗紋處的概率很小而已，故只有紋

12、處的概率很小而已，故只有C、D正確正確激激光光束束像屏像屏1、粒子在擋板左側(cè)動(dòng)量確定，、粒子在擋板左側(cè)動(dòng)量確定，但位置完全不確定。但位置完全不確定。2、在單縫處，位置不確定范圍、在單縫處，位置不確定范圍是：縫寬是：縫寬a=x3、在縫后、在縫后x方向有動(dòng)量，也不方向有動(dòng)量，也不確定：確定：pxoxyammphx31434106.2100.214.341063.64-1-1p = m v = 0 .0 12 0 0 k g ms= 2 .0 k g ms-4-4 1010-1-1p = 0.01p = 12kg m s= 2.0kg m smmphx33234109.2108.114.341063.64-31-281010-1-1p = mv = 9.1200kg m s= 1.8kg m s-32 10-1p = 0.01p = 1.8kg m s黑體輻射黑體輻射 熱輻射熱輻射 黑體輻射規(guī)律黑體輻射規(guī)律 普朗克能量子概念普朗克能量子概念 光的干涉、衍射、偏振說(shuō)明光的波動(dòng)性光的干涉、衍射、偏振說(shuō)明光的波動(dòng)性光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律：光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)規(guī)律：1 1、存在飽和電流、存在飽和電流 2 2、存在遏止電壓、存在遏止電壓 3 3、存在截止頻率、存在截止頻率 4 4、瞬時(shí)性、瞬時(shí)性 5 5、遏止電壓與入射頻率成線性關(guān)系、遏止電壓與入射頻率成線性關(guān)系光的波粒二象性