粒子的波动性

1、第三、四节第三、四节 粒子的波动性粒子的波动性概率波概率波第第1717章章 波粒二象性波粒二象性一、光的波粒二象性一、光的波粒二象性电磁波电磁波光光 子子光的波动性光的波动性光的粒子性光的粒子性 波长波长频率频率波速波速 动质量动质量能量能量动量动量 光的干涉光的干涉光的衍射光的衍射光的偏振光的偏振光电效应光电效应康普顿效应康普顿效应光具有波粒二象性。hmc 2hP 普朗克常量h是联系描述粒子的物理量和描述波动的物理量的桥梁。 我们无法只用其中一种观点说明光的一切行为，因而认为光具有波粒二象性。 大量光子产生的效果显示波动性；个别光子产 生的效果显示粒子性。 波长长的光波动性明显；波长短的光粒

2、子性明显。 光在空间传播时显示波动性；与物质微粒作用时显示粒子性。一、光的波粒二象性 德布罗意原来学习历史，后来改学理德布罗意原来学习历史，后来改学理论物理学。他善于用历史的观点，用对论物理学。他善于用历史的观点，用对比的方法分析问题。比的方法分析问题。 他认为，他认为，“整个世纪以来（指整个世纪以来（指1919世纪）世纪）在光学上在光学上, ,与波动方面的研究相比，忽视与波动方面的研究相比，忽视了粒子方面的研究了粒子方面的研究; ;而在实物粒子的研究而在实物粒子的研究上，是否发生了相反的错误呢？是不是上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子方面的图象想得太多，而忽我们把粒子方面的图象想得

3、太多，而忽略了波的现象略了波的现象” 他提出假设他提出假设: :实物粒子也具有实物粒子也具有波动性波动性 德布罗意德布罗意法国物理法国物理学家，学家，19291929年诺贝尔年诺贝尔物理学奖获得者，波物理学奖获得者，波动力学的创始人，量动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。子力学的奠基人之一。二二. .粒子的波动性粒子的波动性 能量为能量为、动量为、动量为p p的粒子与频率为的粒子与频率为、波、波长为长为 的波相联系，并遵从以下关系：的波相联系，并遵从以下关系： 这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意这种和实物粒子相联系的波称为德布罗意波波( (物质波或概率波物质波或概率波).).其波长其波长

4、称为德布罗意波称为德布罗意波长。长。= =/ h/ h = =h / h / p php物体的动量物体的动量普朗克常量普朗克常量德布罗意波德布罗意波波长波长每一个运动的粒子每一个运动的粒子，小到电子、质子，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种大到行星、太阳，都有一种波波与它对应。与它对应。物质波（德布罗意波）物质波（德布罗意波） 子弹子弹: :质量为质量为m m=10=10-2-2Kg,Kg,速速度度v v=5.0=5.0 10102 2m/sm/s，对应的对应的德布罗意波长为：德布罗意波长为：nmmvh25103 . 1 电子电子: :质量为质量为m m=9.1=9.1 1010-31-

5、31KgKg，速度速度v v=5.0=5.0 10107 7m/s, m/s, 对应的对应的德布罗意波长为：德布罗意波长为：nmmvh2104 . 1 太小测不到！太小测不到！ 宏观物体波动性宏观物体波动性不明显不明显X X射线射线波段波段微观粒子微观粒子波动性波动性明显明显1927年年G.P.汤姆孙（汤姆孙（J.J.汤姆汤姆孙孙之子）之子）与与 C.J.戴维森分别利用戴维森分别利用晶体独立完成了电子束衍射实晶体独立完成了电子束衍射实验。共获验。共获 1937年诺贝尔物理学年诺贝尔物理学奖。奖。CsUKG屏 P多晶薄膜高压栅极阴极三三. .物质波的实验验证物质波的实验验证电子衍射实验后来，大量

6、实验都证实了：质子、中子和原子、分子等运动的实物微观粒子都具有波动性，并都满足德布罗意关系。 一切运动的实物粒子都有波动性 三三. .物质波的实验验证物质波的实验验证电子显微镜电子显微镜电子在两个电极电子在两个电极间加速，由于电间加速，由于电压越高，电子最压越高，电子最终获得的动量越终获得的动量越大，它的波长越大，它的波长越短，分辨能力就短，分辨能力就越强。越强。 科学漫步： 如何提高显微镜的分辨本领四、经典的粒子和经典的波 具有空间大小、质量、电量等，遵从牛顿第二定律，任意时刻有确定的位置和速度，以及确定的运动轨迹。 某种物理量呈时空周期性的分布 ( 确定的点处具有时间周期性，确定的方向上具

7、有空间周期性)，特征是具有频率和波长 显然，在经典的传统观念中，一个客体要么是粒子，要么是显然，在经典的传统观念中，一个客体要么是粒子，要么是波，非此即彼！波，非此即彼！ 显而易见，在经典物理学中，波和粒子是两种不同的研究对象，具有非常不同的表现。那么，对于光和电子、质子等粒子，这两种互不相容的属性又是怎样“集于一身”的?世界十大经典物理实验之首电子双缝干涉实验.flv 1926年德国物理学家波恩指出：虽然不能肯定年德国物理学家波恩指出：虽然不能肯定某个光子落在哪一点，某个光子落在哪一点，光子落在明处的概率大，落光子落在明处的概率大，落在暗处的概率小。在暗处的概率小。 光子在空间出现的概率可以

8、通过波动的规律确定，光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，所以从光子的概念上看，所以从光子的概念上看，光波是刻画光子在空间的概光波是刻画光子在空间的概率分布的一种波。率分布的一种波。光波概率波光波概率波五、概率波 与电子等微观粒子相联系的物质波也是与电子等微观粒子相联系的物质波也是刻画粒刻画粒子在空间分布的概率波子在空间分布的概率波单个粒子单个粒子 位置不确定，但在某点出现的概率大小可位置不确定，但在某点出现的概率大小可以由波动规律确定。以由波动规律确定。大量粒子大量粒子 这种概率分布导致确定的宏观这种概率分布导致确定的宏观结果，结果， 如干涉条纹如干涉条纹电子和其他微观粒子波粒二象性电

9、子和其他微观粒子波粒二象性物质波也是概率波物质波也是概率波六、对物质波的理解1.一切运动着的物体都具有波动性，一切运动着的物体都具有波动性，宏观物体观察不到其波动宏观物体观察不到其波动性并不否定其波动性性并不否定其波动性2.2.德布罗意波是一种概率波，粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配，不要以宏观观念中的波来理解德布罗意波3.3.所有的物质粒子，即光子与实物粒子都具有粒子性，又都具有波动性，与光子对应的波是电磁波，与实物粒子对应的波是物质波也都是概率波【典例【典例1】对光的行为对光的行为,下列说法正确的是下列说法正确的是( ) A.个别光子的行为表现为粒子性个别光子的行为表现为粒子性,大量

10、光子的行为表现为大量光子的行为表现为波动性波动性B.光的波动性是光的一种特性光的波动性是光的一种特性,不是光子之间的相互作用不是光子之间的相互作用引起的引起的C.光表现出波动性时光表现出波动性时,就不具有粒子性了就不具有粒子性了,光表现出粒子性光表现出粒子性时时,就不具有波动性了就不具有波动性了D.光的波粒二象性应理解为光的波粒二象性应理解为:在某种场合下光的波动性显在某种场合下光的波动性显著著,在另外某种场合下在另外某种场合下,光的粒子性显著光的粒子性显著ABD【典例典例2】.下列说法中正确的是下列说法中正确的是( )A.质量大的物体质量大的物体,其德布罗意波长小其德布罗意波长小B.质量小的

11、物体质量小的物体,其德布罗意波长小其德布罗意波长小C.动量大的物体动量大的物体,其德布罗意波长小其德布罗意波长小D.速度大的物体速度大的物体,其德布罗意波长小其德布罗意波长小C【典例【典例3】下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是】下列关于德布罗意波的认识，正确的解释是()A任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波任何一个物体都有一种波和它对应，这就是物质波BX光的衍射证实了物质波的假设是正确的光的衍射证实了物质波的假设是正确的C电子的衍射证实了物质波的假设是正确的电子的衍射证实了物质波的假设是正确的D宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所宏观物体运动时，看不到它的衍射或干涉现象，所以宏观物体不具有波动性以宏观物体不具有波动性C光的波粒二象性光的本性光的本性光子的动量和能量hhp 粒子的波动性德布罗意波（物质波）物质波的波长和频率phh课堂小结课堂小结1.光子在空间出现的概率可以通过波动的规律确定，