資源簡介

(共27張PPT)
第四章 原子結(jié)構(gòu)和波粒二象性
第 5節(jié) 粒子的波動性
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1. 知道一切實(shí)物粒子和光子一樣都具有波粒二象性。
2. 知道德布羅意關(guān)系，會計(jì)算德布羅意波的波長
3.光的波動性是光子的固有屬性
4.光波是一種概率波，德布羅意波也是概率波。
5. 了解不確定關(guān)系的概念。
6. 了解物理模型與物理現(xiàn)象。
光學(xué)發(fā)展史
T /年
波動性
粒子性
1690
惠更斯波動說
1672
牛頓微粒說
1905
愛因斯坦光子說
1864
麥克斯韋電磁說
結(jié)論：光既具有粒子性，又具有波動性！
光的性質(zhì) 實(shí)驗(yàn)事實(shí) 描述的物理量
波動性
粒子性
光的干涉
光的衍射
光電效應(yīng)
康普頓效應(yīng)
ν、λ
光子的能量
光子的動量
h 架起了粒子性與波動性之間的橋梁
ε p
學(xué)習(xí)提綱
1.1924年，法國物理學(xué)家德布羅意受到( )和( )理論的啟發(fā)，大膽把光的波粒二象性推到實(shí)物粒子。
2.德布羅意類比的方法是：
3.德布羅意根據(jù)類比的方法提出假設(shè)( )
4德布羅意波長公式
5.德布羅意波的概念
普朗克能量子
愛因斯坦光子
在光學(xué)上與波動方面的研究相比，忽視了粒子方面研究，而在實(shí)物粒子的研究上，是否發(fā)生了相反的錯誤呢？我們是不是把粒子方面的圖象想得太多而忽視了波的現(xiàn)象？”
實(shí)物粒子也具有波動性
這種和實(shí)物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波 ( 物質(zhì)波)，其波長 稱為德布羅意波長。
電子動能 Ek = 100 eV.子彈動量 p = 6.63×106kg·m·s-1, 求德布羅意波長。h=6.63×10-34J.S
解：
如果你是德布羅意，將如何驗(yàn)證自己的觀點(diǎn)
1927年 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。
屏 P
多晶薄膜
高壓
柵極
陰極
電子衍射實(shí)驗(yàn)
電子束在穿過細(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、中子等都具有波動性。
電子衍射圖樣
二、物質(zhì)波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)
1961年瓊森（Claus J nsson）將一束電子加速到 50 Kev，讓其通過一縫寬為 a = 0.5 10-6 m，間隔為 d = 2.0 10-6 m 的雙縫，當(dāng)電子撞擊熒光屏?xí)r，發(fā)現(xiàn)了類似于雙縫干涉實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
大量電子一次性的行為
把光的波粒二象性的思想推廣到微觀粒子和任何運(yùn)動著的物體上去，得出物質(zhì)波（德布羅意波）的概念：任何一個運(yùn)動著的物體都有一種波與它對應(yīng)，該波的波長 λ = h/p
結(jié)論：
練習(xí)鞏固
1.如果一個電子的德布羅意波長和一個中子的相等，則它們的（ ）也相等。
Ａ。速度　　　Ｂ。動能　　Ｃ。動量　　　Ｄ。總能量
2.電子束經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出了其衍射圖樣，從而證實(shí)了電子具有（　 　）
C
波動性
第 4 節(jié)：概 率 波
第十七章：波粒二象性
經(jīng)典的粒子經(jīng)典的波（經(jīng)典物理學(xué)關(guān)于粒子和波的概念）
經(jīng)典的粒子：
具有空間大小、質(zhì)量、電量等，遵從牛頓第二定律，任意
時刻有確定的位置和速度，以及確定的運(yùn)動軌跡。
經(jīng)典的波：
某種物理量呈時空周期性的分布 ( 確定的點(diǎn)處具有時間周期性，確定的方向上具有空間周期性)，特征是具有頻率和波長。
在經(jīng)典物理學(xué)中，物質(zhì)要么具有粒子性，要么具有波動性 .為什么微觀粒子能夠具這兩種屬性于一身呢
一、概率波
按照波動理論明紋處的光的強(qiáng)度大。按照光子理論明紋處到達(dá)的光子數(shù)多.
這是否可以認(rèn)為，是光子之間的相互作用使它表現(xiàn)出了波動性，而不是光子本身就具有的屬性呢？
光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)
用非常弱的光子束進(jìn)行雙縫干涉
調(diào)弱光源的強(qiáng)度，讓前一個光子到達(dá)屏幕后才發(fā)射第二個光子。開始光子打在屏幕上的位置是任意的，不可預(yù)知的。
隨著時間推移，光子數(shù)目的增多光子出現(xiàn)穩(wěn)定的分布
出現(xiàn)清晰干涉條紋和強(qiáng)光子束在短時間形成的一樣
實(shí)驗(yàn)結(jié)論
光的波動性不是光子之間的相互作用引起的，而是光子自身固有的性質(zhì)。
學(xué)習(xí)提綱
1.能不能準(zhǔn)確預(yù)測單個光子的落點(diǎn)呢？為什么？
2.什么規(guī)律決定光子在空間分布的概率。
3.大量粒子（ ）導(dǎo)致確定的宏觀結(jié)果
4.德國物理學(xué)家波恩的觀點(diǎn)是什么？

5.光波是一種（ ）
德布羅意波也是一種 （ ）
光子打在哪點(diǎn)是隨機(jī)的，不確定的。沒有固定的位置和軌道。
波動的規(guī)律
概率的分布
光子落在各點(diǎn)的概率是不一樣的。光子落在明處的概率大，落在暗處的概率小
概率波
概率波
二.結(jié)論
光子在空間出現(xiàn)的概率可以通過波動的規(guī)律確定，所以從光子的概念上看，光波是一種概率波。德布羅意波也是概率波
2.下列關(guān)于光的波粒二象性的說法中，正確的是
( )
A. 有的光是波，有的光是粒子
B. 光子與電子是同樣的一種粒子
C. 光的波長越長，其波動性越顯著；波長越短，其粒子性越顯著
D. 大量光子產(chǎn)生的效果往往顯示粒子性
1.下列說法不正確的是 ( )
A. 光是一種電磁波
B. 光是一種概率波
C. 光子相當(dāng)于高速運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)
D. 光的直線傳播只是宏觀近似規(guī)律
C
C
第 5 節(jié)：不確定性關(guān)系
第十七章：波粒二象性
根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)，如果我們已知一物體的初始位置和初始速度，就可以準(zhǔn)確地確定以后任意時刻的位置和速度。
但是在微觀世界中，由于微觀粒子具有波動性，其坐標(biāo)和動量不能同時確定。我們不能用經(jīng)典的方法來描述它的粒子性，本節(jié)課我們就一起來學(xué)習(xí)。
光的單縫衍射
激光束
像屏
由于衍射，落點(diǎn)會超出單縫投影的范圍，其它粒子也一樣，說明微觀粒子的運(yùn)動已經(jīng)不遵守牛頓運(yùn)動定律，不能同時用粒子的位置和動量來描述粒子的運(yùn)動了。
光的單縫衍射
討 論
1. 在擋板左側(cè)位置完全不確定
2. 在縫處位置不確定范圍是縫寬 a = Δx
若減小縫寬：位置的不確定范圍減小，但中央亮紋變寬，所以 x 方向動量的不確定量( Δpx )變大
入射粒子
x
y
O
a
θ
Δpx
3. 在縫后x方向有動量，也是不確定的
一、海森伯不確定關(guān)系
1927 年海森伯提出：粒子在某方向上的坐標(biāo)不確定量與該方向上的動量不確定量的乘積必不小于普朗克常數(shù)。
1.微觀粒子的坐標(biāo)測得愈準(zhǔn)確 ( x 0 ) ，動量就愈不準(zhǔn)確 ( px ) ；
2.微觀粒子的動量測得愈準(zhǔn)確 ( px 0 ) ，坐標(biāo)就愈不準(zhǔn)確 ( x ) 。
但這里要注意，不確定關(guān)系
不是說微觀粒子的坐標(biāo)測不準(zhǔn)；
也不是說微觀粒子的動量測不準(zhǔn)；
而是說微觀粒子的坐標(biāo)和動量不能同時測準(zhǔn)。
不確定關(guān)系是物質(zhì)的波粒二象性引起的。
對于微觀粒子，我們不能用經(jīng)典的物理學(xué)來描述。
海森伯的不確定關(guān)系說明
宏觀物體 微觀粒子
具有確定的坐標(biāo)和動量，可用牛頓力學(xué)描述 沒有確定的坐標(biāo)和動量，需用量子力學(xué)描述
有連續(xù)可測的運(yùn)動軌道，可追蹤各個物體的運(yùn)動軌跡 有概率分布特性，不可能分辨出各個粒子的軌跡
體系能量可以為任意的、連續(xù)變化的數(shù)值 能量量子化
二.物理模型和物理現(xiàn)象
練習(xí)
從衍射的規(guī)律可以知道,狹縫越窄,屏上中央亮條紋就越寬,有不確定性關(guān)系式 判斷下列說法正確的是( )
A.入射的粒子有確定動量,射到屏上粒子就有準(zhǔn)確的位置.
B.狹縫的寬度變小了,因此粒子的不確定性也變小了.
C.更窄的狹縫可以更準(zhǔn)確地測得粒子的位置.但粒子動量的不確定性卻更大了.
D.可以同時確定粒子的位置和動量
C
3.光的波動性是光子的固有屬性
4.光波是一種概率波，德布羅意波也是概率波。
1.德布羅意的物質(zhì)波,會計(jì)算德布羅意波的波長
2.知道一切實(shí)物粒子和光子一樣都具有波粒二象性。
6. 了解物理模型與物理現(xiàn)象。
5. 海森伯不確定關(guān)系:

展開更多......

收起↑