波粒二象性整章課件講義.

1、 1900 1900年，在英國皇家學(xué)會的新年慶祝會上年，在英國皇家學(xué)會的新年慶祝會上, ,著名著名物理學(xué)家開爾文勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言物理學(xué)家開爾文勛爵作了展望新世紀(jì)的發(fā)言: : “科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，科學(xué)的大廈已經(jīng)基本完成，后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修后輩的物理學(xué)家只要做一些零碎的修補工作就行了。補工作就行了?！?開爾文開爾文-也就是說：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后一也就是說：物理學(xué)已經(jīng)沒有什么新東西了，后一輩只要把做過的實驗再做一做，在實驗數(shù)據(jù)的小輩只要把做過的實驗再做一做，在實驗數(shù)據(jù)的小數(shù)點后面在加幾位罷了！數(shù)點后面在加幾位罷了！ 但開爾文畢盡是一位重視現(xiàn)實和有眼力的但開爾文

2、畢盡是一位重視現(xiàn)實和有眼力的科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到：科學(xué)家，就在上面提到的文章中他還講到： “但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有但是，在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處，還有兩朵令人不安的烏云，兩朵令人不安的烏云，-”這兩朵烏云是指什么呢？這兩朵烏云是指什么呢？一朵與黑體輻射有關(guān)，一朵與黑體輻射有關(guān)，另一朵與邁克爾遜實驗有關(guān)。另一朵與邁克爾遜實驗有關(guān)。 事隔不到一年事隔不到一年(1900(1900年底年底) )，就從第一朵烏，就從第一朵烏云中降生了量子論，緊接著云中降生了量子論，緊接著(1905(1905年年) )從第二朵從第二朵烏云中降生了相對論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹烏云中降生了相對論。經(jīng)

3、典物理學(xué)的大廈被徹底動搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個更為遼闊的領(lǐng)域。底動搖，物理學(xué)發(fā)展到了一個更為遼闊的領(lǐng)域。正可謂正可謂“山重水復(fù)疑無路山重水復(fù)疑無路, , 柳暗花明又一村柳暗花明又一村17.1能量量子化：能量量子化：物理學(xué)的新紀(jì)元物理學(xué)的新紀(jì)元一、黑體與黑體輻射一、黑體與黑體輻射1、熱輻射、熱輻射（1）定義：一切物體在任何溫度下都在輻射）定義：一切物體在任何溫度下都在輻射 各種波長的電磁波，這種輻射與各種波長的電磁波，這種輻射與 物體的溫度有關(guān)，稱為物體的溫度有關(guān)，稱為熱輻射熱輻射。（2）特征：輻射強度按波長的分布情況隨）特征：輻射強度按波長的分布情況隨 物體的物體的溫度溫度而有所不同。而有所不同

4、。固體在溫度升高時顏色的變化1400k800k1000k1200k 例如：鐵塊例如：鐵塊 溫度溫度 從從看不出發(fā)光看不出發(fā)光到到暗紅暗紅到到橙色橙色到到黃白色黃白色溫度溫度 發(fā)射的能量發(fā)射的能量 電磁波的短波成分電磁波的短波成分 直覺直覺: 低溫物體發(fā)出的是紅外光低溫物體發(fā)出的是紅外光 熾熱物體發(fā)出的是可見光熾熱物體發(fā)出的是可見光 高溫物體發(fā)出的是紫外光高溫物體發(fā)出的是紫外光（3 3）平衡熱輻射）平衡熱輻射 加熱一物體加熱一物體, 物體的溫度恒定時，物體物體的溫度恒定時，物體所吸收的能量所吸收的能量等于等于在同一時間內(nèi)輻射的在同一時間內(nèi)輻射的能量，這時得到的輻射稱為能量，這時得到的輻射稱為平衡

5、熱輻射平衡熱輻射。2、黑體、黑體（1）定義：能全部吸收各種波長的輻射）定義：能全部吸收各種波長的輻射 而不發(fā)生反射，折射和透射的而不發(fā)生反射，折射和透射的 物體稱為物體稱為絕對黑體絕對黑體，簡稱，簡稱黑體黑體。（2）黑體模型）黑體模型（3）特征：）特征：黑體輻射電磁波的強度按黑體輻射電磁波的強度按波長的分布只與黑體的波長的分布只與黑體的溫度溫度有關(guān)，與有關(guān)，與材料的種類及表面狀況材料的種類及表面狀況無關(guān)。無關(guān)。0 1 2 3 4 5 6(m)1700k1500k1300k1100k),(0te 二、黑體輻射的實驗規(guī)律二、黑體輻射的實驗規(guī)律 隨著溫度的增高，隨著溫度的增高，一方面各種波長的輻射一

6、方面各種波長的輻射強度都有增加，另一方強度都有增加，另一方面輻射強度的極大值向面輻射強度的極大值向波長較短的方向移動。波長較短的方向移動。o實驗值/m)(0tm維恩線維恩線瑞利瑞利-金斯線金斯線紫紫外外災(zāi)災(zāi)難難12345678黑體輻射實驗黑體輻射實驗是物理學(xué)晴朗是物理學(xué)晴朗天空中一朵天空中一朵令人不安的烏云。令人不安的烏云。三、能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)三、能量子：超越牛頓的發(fā)現(xiàn)1、普朗克能量子假說：微觀粒子的能量、普朗克能量子假說：微觀粒子的能量是某一最小能量是某一最小能量（稱為（稱為能量子能量子）的）的整數(shù)整數(shù)倍倍，即：，即：, 1, 2, 3, . n，n為正整數(shù)，為正整數(shù)，稱為稱為量子數(shù)量

7、子數(shù)。2、能量子：、能量子：h346.626 10j sh普朗克常量普朗克常量(m)1 2 3 5 6 8 947普朗克普朗克實驗值實驗值),(0te 普朗克后來又為這種與經(jīng)典普朗克后來又為這種與經(jīng)典物理格格不入的觀念深感不安，只物理格格不入的觀念深感不安，只是在經(jīng)過十多年的努力證明任何復(fù)是在經(jīng)過十多年的努力證明任何復(fù)歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告歸于經(jīng)典物理的企圖都以失敗而告終之后，他才堅定地相信終之后，他才堅定地相信h h的引入的引入確實反映了新理論的本質(zhì)。確實反映了新理論的本質(zhì)。19181918年年他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎，他的墓碑他榮獲諾貝爾物理學(xué)獎，他的墓碑上只刻著他的姓名和上只刻著他的

8、姓名和秒焦3410626. 6hm.planck 德國人德國人 1858194718881888年，霍瓦年，霍瓦(hallwachs)(hallwachs)發(fā)現(xiàn)金屬板被紫發(fā)現(xiàn)金屬板被紫外光照射會放電。近外光照射會放電。近1010年以后（因為年以后（因為18971897年，年，j.thomsonj.thomson才發(fā)現(xiàn)電子）人們認(rèn)識到那才發(fā)現(xiàn)電子）人們認(rèn)識到那就是從金屬表面射出的電子，這些電子被就是從金屬表面射出的電子，這些電子被稱作稱作光電子光電子(photoelectron)(photoelectron)，相應(yīng)的效應(yīng)，相應(yīng)的效應(yīng)叫做叫做光電效應(yīng)光電效應(yīng)。物理難題：物理難題：17.2科學(xué)的轉(zhuǎn)折

9、：科學(xué)的轉(zhuǎn)折：光的粒子性光的粒子性回顧人類對光的本性回顧人類對光的本性的認(rèn)識的發(fā)展過程。的認(rèn)識的發(fā)展過程。波動說（惠更斯）波動說（惠更斯）微粒說（牛頓）微粒說（牛頓）電磁說電磁說（麥克斯韋）（麥克斯韋）用用紫外線紫外線燈照射擦得很燈照射擦得很亮的鋅板，亮的鋅板，( (注意用導(dǎo)注意用導(dǎo)線與不帶電的驗電器相線與不帶電的驗電器相連連），），使驗電器張角增使驗電器張角增大到約為大到約為 3030度時，再度時，再用與用與絲綢磨擦過的玻璃絲綢磨擦過的玻璃棒棒去靠近鋅板，發(fā)現(xiàn)驗去靠近鋅板，發(fā)現(xiàn)驗電器的指針張角電器的指針張角變大變大。表明鋅板在紫外線照射下失去電子而帶正電。實驗實驗一、光電效應(yīng)現(xiàn)象一、光電效應(yīng)

10、現(xiàn)象在光在光(包括不可見光包括不可見光)的照射下，從物的照射下，從物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)光電效應(yīng)。發(fā)射出來的電子叫做發(fā)射出來的電子叫做光電子。光電子。二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律二、光電效應(yīng)的實驗規(guī)律akgv陽陽極極陰陰極極光線經(jīng)石英窗照在陰極光線經(jīng)石英窗照在陰極上，便有電子逸出上，便有電子逸出- -光電子光電子。光電子在電場作用下光電子在電場作用下形成形成光電流光電流。1、每種金屬都存在、每種金屬都存在截止頻率（極限頻率）截止頻率（極限頻率）c ； 當(dāng)入射光頻率當(dāng)入射光頻率 c c 時，電子才能逸出金屬表面；時，電子才能逸出金屬表面；當(dāng)入射光頻率當(dāng)入射光頻率 w0才有光

11、電子逸出，所以c=w0/h。最大初動能 ekm與成線性關(guān)系。瞬時效應(yīng)電子一次性吸收一個光子的全部能量，不需要積累。飽和光電流 光強較大時，單位時間內(nèi)發(fā)射的光子數(shù)較多，照射金屬時產(chǎn)生的光電子多。4.光電效應(yīng)理論的驗證光電效應(yīng)理論的驗證美國物理學(xué)家美國物理學(xué)家密立根密立根，花了十年時間做了，花了十年時間做了“光電效應(yīng)光電效應(yīng)”實驗，結(jié)果在實驗，結(jié)果在1915年證實了年證實了愛因斯坦方程，愛因斯坦方程，h 的值與理論值完全一致，的值與理論值完全一致，又一次證明了又一次證明了“光量子光量子”理論的正確。理論的正確。由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說由于愛因斯坦提出的光子假說成功地說明了光電效應(yīng)的實驗規(guī)

12、律明了光電效應(yīng)的實驗規(guī)律,榮獲榮獲1921年諾年諾貝爾物理學(xué)獎。貝爾物理學(xué)獎。愛因斯坦由于愛因斯坦由于對對光電效光電效應(yīng)應(yīng)的理論解釋和對的理論解釋和對理論理論物理學(xué)物理學(xué)的貢獻的貢獻獲得獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎年諾貝爾物理學(xué)獎密立根由于密立根由于研究基本電荷和研究基本電荷和光電效應(yīng)光電效應(yīng)，特別是通過著名，特別是通過著名的油滴實驗，證明電荷有最的油滴實驗，證明電荷有最小單位。小單位。獲得獲得19231923年諾貝年諾貝爾物理學(xué)獎爾物理學(xué)獎。密立根的實驗的目的是：測量金屬的遏止電密立根的實驗的目的是：測量金屬的遏止電壓壓uc與入射光頻率與入射光頻率，由此算出普朗克常數(shù)，由此算出普朗克常數(shù)h

13、h。uc/v0.5410.637 0.7140.809 0.878/10/101414hzhz5.6445.888 6.0986.303 6.501作出作出uc-圖象。圖象。ckeue 0wehkewehuc0求普朗克常數(shù)求普朗克常數(shù)h這種金屬的截止頻率這種金屬的截止頻率c cewehuc0jsh341030. 6hzc141027. 4五、光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用五、光電效應(yīng)在近代技術(shù)中的應(yīng)用光電管：把光信號轉(zhuǎn)化為電信號。光電管：把光信號轉(zhuǎn)化為電信號。光控繼電器光控繼電器放大器放大器控制機構(gòu)控制機構(gòu)可以用于自動控制，自動計可以用于自動控制，自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等數(shù)、自動報警、自動跟

14、蹤等如圖所示是做光電效應(yīng)實驗的裝置簡圖。在抽成真空的如圖所示是做光電效應(yīng)實驗的裝置簡圖。在抽成真空的玻璃管內(nèi)，玻璃管內(nèi)，k k為陰極為陰極（用金屬銫制成，發(fā)生光電效應(yīng)的逸（用金屬銫制成，發(fā)生光電效應(yīng)的逸出功為出功為1.9ev1.9ev），），a a為陽極為陽極。在。在a a、b b間不接任何電源，用間不接任何電源，用頻率為頻率為（高于銫的極限頻率）的單色光照射陰極（高于銫的極限頻率）的單色光照射陰極k k，會，會發(fā)現(xiàn)電流表指針有偏轉(zhuǎn)。這時，若在發(fā)現(xiàn)電流表指針有偏轉(zhuǎn)。這時，若在a a、b b間接入直流電間接入直流電源，源，a a接正極，接正極，b b接負(fù)極，并使接負(fù)極，并使a a、b b間電壓從

15、零開始逐漸間電壓從零開始逐漸增大，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)增大到增大，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓表的示數(shù)增大到2.1v2.1v時，電流表的示時，電流表的示數(shù)剛好減小到零。求：數(shù)剛好減小到零。求：a a、b b間未接直流電源時，間未接直流電源時， 通過電流表的電流方向。通過電流表的電流方向。從陰極從陰極k k發(fā)出的光電子的發(fā)出的光電子的 最大初動能最大初動能e ek k是多少焦？是多少焦？入射單色光的頻率是多少？入射單色光的頻率是多少？ v akaab單色光單色光六、康普頓效應(yīng)六、康普頓效應(yīng)1.光的散射光的散射光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用,因而傳因而傳播方向發(fā)生改變播方向發(fā)生改變,這種現(xiàn)象

16、叫做這種現(xiàn)象叫做光的散射。光的散射。1923年年康普頓康普頓在做在做 x 射線射線通過物質(zhì)通過物質(zhì)散射散射的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射的的實驗時，發(fā)現(xiàn)散射的x射線中除有與入射線中除有與入射波長射波長0 0相同的成分外，還有相同的成分外，還有波長大于波長大于0 0的成分，這個現(xiàn)象稱為的成分，這個現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)康普頓效應(yīng)。2、康普頓效應(yīng)、康普頓效應(yīng)3、經(jīng)典電磁理論的困難、經(jīng)典電磁理論的困難根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物根據(jù)經(jīng)典電磁波理論，當(dāng)電磁波通過物質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作質(zhì)時，物質(zhì)中帶電粒子將作受迫振動受迫振動，其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射其頻率等于入射光頻率，所以它所發(fā)射的的散射光頻率應(yīng)

17、等于入射光頻率散射光頻率應(yīng)等于入射光頻率。4、光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋、光子理論對康普頓效應(yīng)的解釋光子不僅具有光子不僅具有能量能量也具有也具有動量動量，在與，在與電子碰撞時要遵守電子碰撞時要遵守能量守恒定律和動能量守恒定律和動量守恒定律量守恒定律，光子的部分能量傳給電，光子的部分能量傳給電子子,散射光子的散射光子的能量減少能量減少，于是散射光，于是散射光的波長的波長大于大于入射光的波長。入射光的波長。5 5、康普頓散射實驗的意義、康普頓散射實驗的意義（1 1）有力地支持了愛因斯坦）有力地支持了愛因斯坦“光量子光量子”假設(shè)；假設(shè)； （2 2）首次在實驗上證實了）首次在實驗上證實了“光子具有動量

18、光子具有動量”的假設(shè)；的假設(shè)；（3 3）證實了在微觀世界的單個碰撞事件中，）證實了在微觀世界的單個碰撞事件中， 動量和能量守恒定律動量和能量守恒定律仍然是成立的。仍然是成立的?？灯疹D于康普頓于19271927年獲諾貝爾物理獎。年獲諾貝爾物理獎。七、光子的能量和動量七、光子的能量和動量2mce hchcchmcp2he 2chm（光子的動質(zhì)量）（光子的動質(zhì)量）既然光子有動量，那么光照射到物體表面被吸收或被反射時就會對物體有壓力，叫做 “光壓”。有人設(shè)想在遙遠(yuǎn)的宇宙探測中利用光壓力作動力推動航天器加速，這樣可以大大減少航天器發(fā)射時自身的體積和重量的影響，在某個設(shè)計方案中，計劃給探測器安上面積極大，

19、反射率極高的薄膜，并設(shè)法讓它始終正對太陽已知在地球繞日軌道上，每平方米面積上得到的太陽光的功率為p0 = 1.35kw，探測器本身的質(zhì)量為m=100kg，薄膜面積為s=4104m2，那么探測器由地球發(fā)射到太空時，由于太陽光的光壓而得到的加速度將為多大?17.2嶄新的一頁：嶄新的一頁：粒子的波動性粒子的波動性he hp 動量能量動量能量是描述是描述粒子粒子的的, ,頻率和波長頻率和波長則是用來描述則是用來描述波波的。的。光到底是什么？光到底是什么？一、光的波粒二象性一、光的波粒二象性光的光的干涉、衍射、偏振現(xiàn)象干涉、衍射、偏振現(xiàn)象說明說明光具有光具有波動性波動性，而，而熱輻射、光電熱輻射、光電效

20、應(yīng)、康普頓效應(yīng)效應(yīng)、康普頓效應(yīng)又表明光具有又表明光具有粒子性粒子性，單獨使用任何一種都無，單獨使用任何一種都無法完整地描述光的所有性質(zhì)，因法完整地描述光的所有性質(zhì)，因此光具有此光具有波粒二象性波粒二象性。1、波長越長，波動性越明顯，、波長越長，波動性越明顯， 頻率越大，粒子性越明顯；頻率越大，粒子性越明顯；2、大量光子的行為表現(xiàn)波動性，、大量光子的行為表現(xiàn)波動性， 單個光子的行為表現(xiàn)粒子性；單個光子的行為表現(xiàn)粒子性；3、傳播過程中表現(xiàn)波動性，、傳播過程中表現(xiàn)波動性， 和其他物質(zhì)相互作用時表現(xiàn)粒子性。和其他物質(zhì)相互作用時表現(xiàn)粒子性。二、德布羅意波（物質(zhì)波）二、德布羅意波（物質(zhì)波） de . br

21、oglie 1923年發(fā)表了題為年發(fā)表了題為“波和波和粒子粒子”的博士學(xué)位論文，提出了物質(zhì)波的概的博士學(xué)位論文，提出了物質(zhì)波的概念。念。 他認(rèn)為，他認(rèn)為，“整個世紀(jì)以來（指整個世紀(jì)以來（指19世紀(jì)）在光學(xué)世紀(jì)）在光學(xué)中比起波動的研究方法來，如果說是過于忽視了粒中比起波動的研究方法來，如果說是過于忽視了粒子的研究方法的話，那么在實物的理論中，是否發(fā)子的研究方法的話，那么在實物的理論中，是否發(fā)生了相反的錯誤呢？是不是我們把粒子的圖象想得生了相反的錯誤呢？是不是我們把粒子的圖象想得太多，而過分忽略了波的現(xiàn)象呢太多，而過分忽略了波的現(xiàn)象呢”于是他提出假設(shè)于是他提出假設(shè)“實物粒子也具有波動性實物粒子也具

22、有波動性”。 能量為能量為e、動量為、動量為p的粒子與頻率為的粒子與頻率為、波長為波長為的波相聯(lián)系，并遵從以下關(guān)系：的波相聯(lián)系，并遵從以下關(guān)系：e=mc2=hvp=h/這種和實物粒子相聯(lián)系的波稱這種和實物粒子相聯(lián)系的波稱為為德布羅意波德布羅意波(物質(zhì)波或概率波物質(zhì)波或概率波),其波長其波長稱為稱為德布羅意波長。德布羅意波長。 一個質(zhì)量為一個質(zhì)量為m的實物粒子以速率的實物粒子以速率v 運動時，即具有以能運動時，即具有以能量量e和動量和動量p所描述的粒子性，同時也具有以頻率所描述的粒子性，同時也具有以頻率 和波長和波長 所描述的波動性所描述的波動性。heph德布羅意關(guān)系德布羅意關(guān)系如速度如速度v=

23、3.0 102m/s飛行的子飛行的子彈，質(zhì)量為彈，質(zhì)量為m=10-2kg，對應(yīng)的對應(yīng)的德布羅意波長為：德布羅意波長為：nmmvh25103 . 1 如電子如電子m=9.1 10-31kg，速，速度度v=5.0 107m/s, 對應(yīng)的德對應(yīng)的德布羅意波長為：布羅意波長為：nmmvh2104 . 1 太小測不到！太小測不到！x射線射線波段波段三、物質(zhì)波的實驗驗證三、物質(zhì)波的實驗驗證1912年德國物理學(xué)家年德國物理學(xué)家勞厄勞厄利用晶體中排列利用晶體中排列規(guī)則的物質(zhì)微粒作為規(guī)則的物質(zhì)微粒作為衍射光柵檢驗衍射光柵檢驗x射線射線的波動性，證明的波動性，證明x射射線就是波長為十分之線就是波長為十分之幾納米的

24、電磁波幾納米的電磁波。x射線經(jīng)晶體的衍射圖射線經(jīng)晶體的衍射圖電子射線經(jīng)晶體的衍射圖電子射線經(jīng)晶體的衍射圖1927年，年，戴維孫和戴維孫和湯姆孫湯姆孫分別分別利分別分別利用晶體做了電子束用晶體做了電子束衍射實驗，證實了衍射實驗，證實了電子的波動性電子的波動性。后來的實驗證明原子、分子、后來的實驗證明原子、分子、中子等微觀粒子也具有波動性。中子等微觀粒子也具有波動性。德布羅意公式成為揭示微觀粒子德布羅意公式成為揭示微觀粒子波粒二象性統(tǒng)一性的基本公式，波粒二象性統(tǒng)一性的基本公式，1929年，年，de broglie榮獲榮獲nobel 物理學(xué)獎。物理學(xué)獎。heph四、電子顯微鏡四、電子顯微鏡閱讀課本閱

25、讀課本42頁科學(xué)漫步頁科學(xué)漫步回答問題。回答問題。17.4概率波概率波一、經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波一、經(jīng)典的粒子和經(jīng)典的波1、經(jīng)典物理學(xué)中粒子運動的基本特征：、經(jīng)典物理學(xué)中粒子運動的基本特征：任意時刻具有確定的位置和速度。任意時刻具有確定的位置和速度。2、經(jīng)典物理學(xué)中波的基本特征：、經(jīng)典物理學(xué)中波的基本特征：具有頻率和波長也就是具有時空的周期性。具有頻率和波長也就是具有時空的周期性。二、概率波二、概率波1、光子說對明暗條紋的解釋、光子說對明暗條紋的解釋明紋處到達的光子數(shù)多，明紋處到達的光子數(shù)多，暗紋處到達的光子數(shù)少。暗紋處到達的光子數(shù)少。2、光的波動性不是光子之間的相互作用、光的波動性不是光子之間

26、的相互作用 引起的，而是光子自身固有的性質(zhì)。引起的，而是光子自身固有的性質(zhì)。玻恩玻恩1926年提出年提出概率波概率波。玻恩玻恩(m. born. 1882-1970)德國物理學(xué)家。德國物理學(xué)家。不能肯定某個光子落在不能肯定某個光子落在哪一點，但大量光子在哪一點，但大量光子在空間出現(xiàn)的概率可以通空間出現(xiàn)的概率可以通過波動規(guī)律確定，即光過波動規(guī)律確定，即光波是一種概率波。波是一種概率波。3、電子干涉條紋對概率波的驗證。、電子干涉條紋對概率波的驗證。對于電子和其他微觀粒子，對于電子和其他微觀粒子，單個單個粒子位粒子位置是置是不確定不確定的，但在某點附近出現(xiàn)的的，但在某點附近出現(xiàn)的概概率率的大小可以用

27、的大小可以用波動的規(guī)律波動的規(guī)律確定。確定。三、經(jīng)典波動與德布羅意波三、經(jīng)典波動與德布羅意波(物質(zhì)波物質(zhì)波)的區(qū)別的區(qū)別 經(jīng)典的波動經(jīng)典的波動(如如機械波、電磁波機械波、電磁波等等)是可是可以測出的、以測出的、實際存在實際存在于空間的一種波動。于空間的一種波動。 而而德布羅意波德布羅意波(物質(zhì)波物質(zhì)波)是一種概率波。是一種概率波。簡單的說，是為了描述微觀粒子的波動性而簡單的說，是為了描述微觀粒子的波動性而引入的引入的一種方法一種方法。17.5不確定性關(guān)系不確定性關(guān)系一、不確定度關(guān)系一、不確定度關(guān)系 經(jīng)典力學(xué)經(jīng)典力學(xué)：運動物體有：運動物體有完全確定完全確定的位置、動量、能量等。的位置、動量、能量

28、等。 微觀粒子微觀粒子：位置、動量等具有：位置、動量等具有不確定量不確定量（概率）。（概率）。一束微觀粒子以速度一束微觀粒子以速度 v v 沿沿 oy oy 軸射向狹縫。軸射向狹縫。粒子在中央主極大區(qū)域粒子在中央主極大區(qū)域出現(xiàn)的幾率最大。出現(xiàn)的幾率最大。aoxy y電子通過狹縫的瞬間，電子通過狹縫的瞬間，其位置在其位置在 x x 方向上的方向上的不確定量為不確定量為aoxy yxa 電子的位置和動量分電子的位置和動量分別用別用 和和 來表示。來表示。xp同一時刻，由于衍射效同一時刻，由于衍射效應(yīng)，粒子的速度方向有應(yīng)，粒子的速度方向有了改變，縫越小，動量了改變，縫越小，動量的分量的分量 px變化

29、越大。變化越大。4xhx p 分析計算可得分析計算可得:我們知道，原子核的數(shù)量級為10-15m，所以，子彈位置的不確定范圍是微不足道的?？梢娮訌椀膭恿亢臀恢枚寄芫_地確定，不確定關(guān)系對宏觀物體來說沒有實際意義。 11smkg0 . 2smkg20001. 0 mvp1414smkg100 . 2smkg2100 . 1%01. 0pp例例1.1.一顆質(zhì)量為一顆質(zhì)量為10g 10g 的子彈，具有的子彈，具有200m200ms s-1-1的速率，若的速率，若其動量的不確定范圍為動量的其動量的不確定范圍為動量的0. 01%(0. 01%(這在宏觀范圍是這在宏觀范圍是十分精確的了十分精確的了) )，則

30、該子彈位置的不確定量范圍為多大，則該子彈位置的不確定量范圍為多大? ?解: 子彈的動量動量的不確定范圍由不確定關(guān)系式(17-17)，得子彈位置的不確定范圍mmphx31434106.2100.214.341063.64原子大小的數(shù)量級為10-10m，電子則更小。在這種情況下，電子位置的不確定范圍比原子的大小還要大幾億倍，可見企圖精確地確定電子的位置和動量已是沒有實際意義。 128131smkg108 . 1smkg200101 . 9 mvp1321284smkg0 . 18 . 1 smkg0 . 18 . 1100 . 1%01. 0pp例例2 2 . . 一電子具有一電子具有200 m/

31、s200 m/s的速率，動量的不確定范圍的速率，動量的不確定范圍為動量的為動量的0. 01%(0. 01%(這已經(jīng)足夠精確了這已經(jīng)足夠精確了) )，則該電子的位，則該電子的位置不確定范圍有多大置不確定范圍有多大? ?解 : 電子的動量為動量的不確定范圍由不確定關(guān)系式，得電子位置的不確定范圍mmphx33234109.2108.114.341063.64 宏觀物體宏觀物體 微觀粒子微觀粒子具有確定的坐標(biāo)和動量具有確定的坐標(biāo)和動量 沒有確定的坐標(biāo)和動量沒有確定的坐標(biāo)和動量可用牛頓力學(xué)描述?？捎门ｎD力學(xué)描述。 需用量子力學(xué)描述。需用量子力學(xué)描述。 有連續(xù)可測的運動軌道，可有連續(xù)可測的運動軌道，可 有

32、概率分布特性，不可能分辨有概率分布特性，不可能分辨 追蹤各個物體的運動軌跡。追蹤各個物體的運動軌跡。 出各個粒子的軌跡。出各個粒子的軌跡。體系能量可以為任意的、連體系能量可以為任意的、連 能量量子化能量量子化 。續(xù)變化的數(shù)值。續(xù)變化的數(shù)值。不確定度關(guān)系無實際意義不確定度關(guān)系無實際意義 遵循不確定度關(guān)系遵循不確定度關(guān)系二、微觀粒子和宏觀物體的特性對比二、微觀粒子和宏觀物體的特性對比三、不確定關(guān)系的物理意義和微觀本質(zhì)三、不確定關(guān)系的物理意義和微觀本質(zhì)1. 1. 物理意義：物理意義：微觀粒子不可能微觀粒子不可能同時同時具有確定的位置和具有確定的位置和動量。粒子位置的不確定量動量。粒子位置的不確定量 x x越小，越小，動量的不確定量動量的不確定量 pxpx就越大，反之亦然。就越大，反之亦然。2. 2. 微觀本質(zhì)：微觀本質(zhì)