粒子的波动性

1、2021/6/162波的类型波的类型机械波机械波电磁波电磁波 波的特性：干涉、衍射波的特性：干涉、衍射：需要依靠介质传播。需要依靠介质传播。：可以在真空中传播。：可以在真空中传播。2021/6/163干涉：干涉：两列或两列以上的相干波在空间中两列或两列以上的相干波在空间中重叠时发生叠加形成新波形的现象。重叠时发生叠加形成新波形的现象。2021/6/164衍射：衍射：波在传播过程中遇到障碍物时波在传播过程中遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象。偏离原来直线传播的物理现象。2021/6/165v有记者曾问英国物理学家、诺贝尔获奖有记者曾问英国物理学家、诺贝尔获奖者布拉格教授：光是波还是粒子？者布

2、拉格教授：光是波还是粒子？v布拉格幽默地回答道：布拉格幽默地回答道：“星期一、三、星期一、三、五它是一个波，星期二、四、六它是一五它是一个波，星期二、四、六它是一个粒子，星期天物理学家休息。个粒子，星期天物理学家休息。”v那么那么光的本性光的本性到底是什么？到底是什么？光的本性光的本性2021/6/166光学发展史光学发展史16721672T/T/年年16901690186418641905190518011801托马斯托马斯杨杨双缝干涉双缝干涉实验实验18141814菲涅耳菲涅耳衍射实验衍射实验赫兹赫兹电磁波实验电磁波实验18881888赫兹赫兹发现光电效应发现光电效应19221922康普顿

3、效应康普顿效应牛顿微粒说牛顿微粒说占主导地位占主导地位波动说波动说渐成真理渐成真理2021/6/16716721672T/T/年年16901690186418641905190519091909。光学发展史光学发展史粒子性粒子性波动性波动性（具有能量）（具有能量）（具有频率）（具有频率）（具有动量）（具有动量）h hh h架起了粒子性与波动性之间的桥梁架起了粒子性与波动性之间的桥梁一一. .光的波粒二象性光的波粒二象性（具有波长）（具有波长）2021/6/169 德布罗意原来学习历史，后来德布罗意原来学习历史，后来改学理论物理学。他善于用历史的改学理论物理学。他善于用历史的观点，用类比方法分析

4、问题。观点，用类比方法分析问题。 19241924年，他考虑到普朗克量子年，他考虑到普朗克量子爱因斯坦光子理论的成功在博士论爱因斯坦光子理论的成功在博士论文文关于量子理论的研究关于量子理论的研究中大胆中大胆地把光的波粒二象性推广实物粒子，地把光的波粒二象性推广实物粒子，如电子，质子等。于是他提出如电子，质子等。于是他提出实物实物粒子也具有波动性粒子也具有波动性。这种与实物粒。这种与实物粒子相联系的波称为子相联系的波称为德布罗意波德布罗意波. . 爱因斯坦觉察到德布罗意物质爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义，誉之为波思想的重大意义，誉之为“揭开揭开一幅大幕的一角一幅大幕的一角”。法国物理

5、学家，法国物理学家，19291929年诺贝尔物理学奖获年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创得者，波动力学的创始人，量子力学的奠始人，量子力学的奠基人之一。基人之一。二二. .粒子的波粒二象性粒子的波粒二象性2021/6/1610 实物粒子实物粒子也具有波粒二象性。每一个运动也具有波粒二象性。每一个运动的粒子都与一个对应的波联系。的粒子都与一个对应的波联系。 这种波称之为这种波称之为物质波物质波，也叫，也叫德布罗意波德布罗意波。二二. .粒子的波粒二象性粒子的波粒二象性ph mvh2021/6/16111.1.一个电子被一个电子被的电压加速后的电压加速后, ,（电子质量为（电子质量为9.119.

6、111010-31-31kgkg）a.a.加速后的速度为多大？加速后的速度为多大？ b.b.求其具有的德布罗意波长。求其具有的德布罗意波长。例题例题=1.4=1.41010-10-10m=0.14nmm=0.14nm2.2.如速度如速度v v=500=500m/sm/s飞行的子弹，质量为飞行的子弹，质量为m m=10=10-2-2kgkg，对对应的德布罗意波长为多少？应的德布罗意波长为多少？nmmvh25103 . 1 实在太小！实在太小！v v=5.13x10=5.13x106 6m/sm/s2021/6/1612v发现衍射现象的前提发现衍射现象的前提：孔、缝、障碍孔、缝、障碍物的尺寸与波长

7、差不多或者比波长更小。物的尺寸与波长差不多或者比波长更小。v而普通物体的物质波长太小，所以几乎而普通物体的物质波长太小，所以几乎观察不到波动性。观察不到波动性。 波长越长，波动性越明显。波长越长，波动性越明显。 波长越短，粒子性越明显。波长越短，粒子性越明显。 2021/6/1613 1912 1912年年劳厄劳厄证明了证明了伦琴伦琴射线射线晶体离子的间距大概晶体离子的间距大概是是1010-10-10m m 电子衍射实验电子衍射实验三三. .物质波的实验验证物质波的实验验证 1927年年 G. .P. .汤姆孙汤姆孙（J. .J. .汤姆孙之子）汤姆孙之子）与与 C. .J. .戴维森戴维森分

8、别利用了伦分别利用了伦琴射线晶体完成了电子衍琴射线晶体完成了电子衍射实验。射实验。 此后，人们相继证实了此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具原子、分子、中子等都具有波动性。有波动性。CsUKG多晶多晶薄膜薄膜高压高压栅极栅极阴极阴极电子衍射图样电子衍射图样2021/6/1614 19261926年德国物理学家年德国物理学家波恩波恩提出了提出了概率波概率波，认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性，但大量粒子在空间何处出现的空间然性，但大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统计规律。分布却服从一定的统计规律。四、德布罗意波的统计解释四、德布罗意波的

9、统计解释经典的波经典的波：具有时空周期性的、确定的：具有时空周期性的、确定的德布罗意波德布罗意波：概率波：概率波2021/6/1615通过上述实验可知：通过上述实验可知： 虽然不能肯定某个光子落在哪一点，但在屏上各处虽然不能肯定某个光子落在哪一点，但在屏上各处明暗不同可以推知，光子落在各点的概率是不一样的，明暗不同可以推知，光子落在各点的概率是不一样的，即光子落在明纹处的概率大，落在暗处的概率小。即光子落在明纹处的概率大，落在暗处的概率小。 光是一种概率波。光是一种概率波。光的强弱对应光子的数目光的强弱对应光子的数目2021/6/16167 7个电子个电子100100个电子个电子3000300

10、02000020000一个一个电子依次入射双缝的干涉实验：一个一个电子依次入射双缝的干涉实验：7000070000体现了粒子性体现了粒子性体现了波动性体现了波动性大量粒子表现波动性大量粒子表现波动性 少量粒子表现粒子性少量粒子表现粒子性2021/6/1617现象：现象：1.1.单个粒子单个粒子的位置是不确定的，但在某的位置是不确定的，但在某点附近出现的概率的大小可以由波动规点附近出现的概率的大小可以由波动规律确定。律确定。2.2.大量粒子大量粒子，概率的分布导致确定的宏，概率的分布导致确定的宏观结果。粒子数越多，规则的条纹越来观结果。粒子数越多，规则的条纹越来越明显。越明显。 物质波也是概率波物质波也是概率波2021/6/1618五、小结五、小结波动性波动性 干涉干涉 衍射衍射 偏振偏振粒子性粒子性 光电效应光电效应 康普顿效应康普顿效应2 2. .1.1.光和实物粒子都具有光和实物粒子都具有波粒二象性波粒二象性3.3.德布罗意波（物质波）：运动的实物粒德布罗意波（物质波）：运