粒子波動性概率波不確定性

1、光的本性有記者曾問英國物理學(xué)家、諾貝爾獲獎?wù)卟祭杏浾咴鴨栍锢韺W(xué)家、諾貝爾獲獎?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、五它是一個波，星期二、四、六它是一個粒子，星期一個波，星期二、四、六它是一個粒子，星期天物理學(xué)家休息。天物理學(xué)家休息?！比绻闶遣祭窠淌?，將如何機智地回答？如果你是布拉格教授，將如何機智地回答？那么光的本性到底是什么？那么光的本性到底是什么？人類對于光的認識歷程人類對于光的認識歷程德布羅意：粒子和波這兩種觀點應(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粒子性波動性（

2、具有能量）（具有頻率）（具有動量）hph架起了粒子性與波動性之間的橋梁一.光的波粒二象性（具有波長）1672T/年1690186419051909。1924二.粒子的波粒二象性 德布羅意原來學(xué)習(xí)歷史，后來改學(xué)理論物理學(xué)。他善于用歷史的觀點，用類比方法分析問題。 1924年，他考慮到普朗克量子愛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物粒子，如電子，質(zhì)子等。于是他提出實物粒子也具有波動性。這種與實物粒子相聯(lián)系的波稱為德布羅意波. 愛因斯坦覺察到德布羅意物質(zhì)波思想的重大意義，譽之為“揭開一幅大幕的一角”。法國物理學(xué)家，1929年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者，波動力學(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 一個質(zhì)量為m的實物粒子以速率v 運動時，即具有以能量和動量p所描述的粒子性，同時也具有以頻率和波長所描述的波動性。EPh粒子性二者通過h來聯(lián)系二.粒子的波粒二象性hPhmvh 由于德布羅意博士論文獨創(chuàng)性，得到了答辯委員會的高度評價，但是人們總覺得他的想法過于玄妙，無法接受。于是，有人質(zhì)問：有什么可以驗證這一新的觀念？三.物質(zhì)波的實驗驗證 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。 戴維遜和革末的實驗是用電子束垂直投射到鎳單晶，電子束被散射。其強度分布可用德布羅意關(guān)系和衍射理論給以解釋，從而驗證了物質(zhì)波的存在。 1927年

4、 G.P.湯姆遜（J.J.湯姆遜之子） 也獨立完成了電子衍射實驗。與 C.J.戴維森共獲 1937 年諾貝爾物理學(xué)獎。CsUKG多晶薄膜高壓柵極陰極1. 電子衍射實驗電子束在穿過細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，人們相繼證實了原子、分子、中子等都具有波動性。電子衍射圖樣三.物質(zhì)波的實驗驗證三.物質(zhì)波的實驗驗證2.電子雙縫實驗1961年瓊森（Claus Jnsson）將一束電子加速到50Kev，讓其通過一縫寬為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驗結(jié)果.大量電子一次性通過三.物質(zhì)波的實驗驗證 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胞的照片例例1:下列說法中正確的是下列說法中正確的是( )A.物質(zhì)波屬于機械波物質(zhì)波屬于機械波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性中子這樣的微觀粒子才具有波動性C.德布羅意認為德布羅意認為,任何一個運動的物體任何一個運動的物體,小到電子小到電子 質(zhì)子質(zhì)子,大到行星大到行星 太陽都具有一種太陽都具有一種波和它對應(yīng)波和它對應(yīng),這種波稱為物質(zhì)波這種波稱為物質(zhì)波.D.宏觀物體運動時宏觀物體運動時,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,所以宏觀物體運動時不具有波動性所以宏觀物體運動時不具有波動性解析解析:物質(zhì)波

6、是一切運動著的物體所具有的波物質(zhì)波是一切運動著的物體所具有的波,與機械波性質(zhì)不同與機械波性質(zhì)不同,宏觀物體也具宏觀物體也具有波動性有波動性,只是干涉只是干涉 衍射現(xiàn)象不明顯衍射現(xiàn)象不明顯,看不出來看不出來,故只有故只有C選項正確選項正確.答案答案:C例例2:一個電子初速為零一個電子初速為零,通過電壓為通過電壓為100 V的加速電場的加速電場,試計算它的德布羅意波長試計算它的德布羅意波長.(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)過加速電場后的速度為v由動能定理得eU= mev2p=mev=設(shè)該

7、電子運動時的德布羅意波長為122em eU343119101.21026.631029.1101.6m10100.ehhpm eUm例例3:如果一個中子和一個質(zhì)量為如果一個中子和一個質(zhì)量為10 g的子彈都以的子彈都以103 m/s的速度運動的速度運動,則它們德布羅則它們德布羅意波的波長分別是多少意波的波長分別是多少?(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 長子 彈 的 物 質(zhì) 波 的 波 長答案答案:

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法中下列有關(guān)光的波粒二象性的說法中, ,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.光的波長越長光的波長越長, ,其波動性越顯著其波動性越顯著; ;波長越短波長越短, ,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)出波動性動性

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, ,不能說有的光不能說有的光是波是波, ,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, ,但電子是實物粒子但電子是實物粒子, ,有靜止的質(zhì)量有靜止的質(zhì)量; ;光子不是實物粒子光子不是實物粒子, ,沒有靜止沒有靜止的質(zhì)量的質(zhì)量, ,電子是以實物粒子存在的物質(zhì)電子是以實物粒子存在的物質(zhì), ,而光子是以場的形式存在的物而光子是以場的形式存在的物質(zhì)質(zhì), ,所以不能說光子和電子是同樣的一種粒子所以不能說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)出波動性現(xiàn)出波動性, ,個別光子往往顯示出其粒子性個別光子往往顯示出其粒子性, ,光的波長越長光的波長越長, ,波動性越波動性越顯著顯著. .光的波長越短光的波長越短, ,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, ,個別或少數(shù)光個別或少數(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, ,故選項故選項C C正確正確. .例：例：在單縫衍射實驗中，中央亮紋的光強占從單縫射入的整個光強的在單縫衍射實驗中，中央亮紋的光強占從單縫射入的整個光強的95%以上假設(shè)現(xiàn)在只讓一個

11、光子通過單縫，那么該光子以上假設(shè)現(xiàn)在只讓一個光子通過單縫，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，對于一個光子通過單縫落在何根據(jù)光的概率波的概念，對于一個光子通過單縫落在何處，是不可確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處，可達處，是不可確定的，但概率最大的是落在中央亮紋處，可達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)動量確定，、粒子在擋板左側(cè)動量確定，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方向有動量，也不方向有動量，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、偏振說明光的波動性光的干涉、衍射、偏振說明光的波動性光電效應(yīng)實驗規(guī)律：光電效應(yīng)實驗規(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、瞬時性、瞬時性 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