实物粒子的波粒二象性不确定关系PPT课件
- 格式：pptx
- 大小：1.63 MB
- 文档页数：33
下载文档原格式
合集下载
【课件】实物粒子的波粒二象性
h 1.4 102 nm
mv
X射线波段
戴维孙-革末实验 汤姆孙电子衍射实验
电子衍射
X光衍射
1929诺贝尔物理学奖
• L.V.德布罗意 • 电子波动性的理论研究
1937诺贝尔物理学奖
• C.J.戴维孙 • 通过实验发现晶体对
电子的衍射作用
【例1】 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 B．X光的衍射证实了物质波的假设是正确的 CC．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，所以宏 观物体不具有波动性
他认为，“整个世纪以来（指19世纪）在光学中比起波动的研究方法 来，如果说是过于忽视了粒子的研究方法的话，那末在实物的理论 中，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子的图象想得太多， 而过分忽略了波的图象呢”
能量为E、动量为p的粒子与频率为v、波长为
的波相联系，并遵从以下关系：
E mc2 h
成．
4．“基本粒子”的探测：加速器和探测器是研究粒子物理的主 要工具，探测器分两大类：一类是计数器 ，一类
是 径迹探测器．
法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波 动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。
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，用对比的方法分析问 题。
带电荷量如下表所示，表中 e 为元电荷.
π＋ π－ u
d
u
d
带电荷量 ＋e －e ＋23e －13e －23e ＋13e
下列说法正确的是 AA ．π＋由 u 和 d 组成 C．π－由 u 和 d 组成
B．π＋由 d 和 u 组成 DD ．π－由 d 和 u 组成
mv
X射线波段
戴维孙-革末实验 汤姆孙电子衍射实验
电子衍射
X光衍射
1929诺贝尔物理学奖
• L.V.德布罗意 • 电子波动性的理论研究
1937诺贝尔物理学奖
• C.J.戴维孙 • 通过实验发现晶体对
电子的衍射作用
【例1】 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 B．X光的衍射证实了物质波的假设是正确的 CC．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，所以宏 观物体不具有波动性
他认为，“整个世纪以来（指19世纪）在光学中比起波动的研究方法 来，如果说是过于忽视了粒子的研究方法的话，那末在实物的理论 中，是否发生了相反的错误呢？是不是我们把粒子的图象想得太多， 而过分忽略了波的图象呢”
能量为E、动量为p的粒子与频率为v、波长为
的波相联系，并遵从以下关系：
E mc2 h
成．
4．“基本粒子”的探测：加速器和探测器是研究粒子物理的主 要工具，探测器分两大类：一类是计数器 ，一类
是 径迹探测器．
法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波 动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。
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，用对比的方法分析问 题。
带电荷量如下表所示，表中 e 为元电荷.
π＋ π－ u
d
u
d
带电荷量 ＋e －e ＋23e －13e －23e ＋13e
下列说法正确的是 AA ．π＋由 u 和 d 组成 C．π－由 u 和 d 组成
B．π＋由 d 和 u 组成 DD ．π－由 d 和 u 组成
高中物理第4章波粒二象性4实物粒子的波粒二象性5不确定关系课件教科版选修3-5
4．氢原子中的电子云 (1)概率波 同光波是概率波一样，与实物粒子对应的波(德布罗意波)也是一种 概率波． (2)电子云 ①定义 电子在原子核周围出现的概率密度分布． ②电子的分布 电子在空间运动的过程中，概率密度大(小)的地方，电子运动在那里的机会 就多(少)，电子云反映了原子核外电子位置的可能性．
宏观物体波动性的三点提醒 (1)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性，但并不 否定其波动性． (2)要注意大量光子、个别光子、宏观物体、微观粒子等相关概念的区别． (3)在宏观世界中，波与粒子是对立的概念；在微观世界中，波与粒子可以 统一．
不确定关系
[先填空] 1．不确定关系 在经典物理学中，质点在任意时刻都有确定的 位置和动量，沿着一定的轨 道运动，在量子力学中，同时确定粒子的动量和位置时，两者的精确度有一个 原则上的限制，其数学表达式称为不确定关系．
对不确定性关系的两点提醒 (1)不确定性关系 ΔxΔp≥4hπ是自然界的普遍规律，对微观世界的影响显著， 对宏观世界的影响可忽略不计．也就是说，宏观世界中的物体质量较大，位置 和速度的不确定范围较小，可同时较精确测出物体的位置和动量． (2)在微观世界中，粒子质量较小，不能同时精确地测出粒子的位置和动量， 也就不能准确地把握粒子的运动状态了．
知 识 点 一4.实物粒子的波粒二象性学业分
5．不确定关系
层 测
评
知 识 点 二
德布罗意假说及实验验证 电子云
[先填空] 1．德布罗意假说 实物粒子象光子一样，也具有 波粒二象，性与粒子相对应的波称为德布罗 意波，也叫物质波． 2．德布罗意关系式 E＝hν p＝hλ
3．电子波动性的实验证实 (1)1926 年，戴维孙和革末通过实验首次发现了电子的 衍射现象． (2)1927 年，汤姆孙用实验证明，电子在穿过金属片后像 X 射线一样产 生衍射现象，也证实了电子的波动性． (3)人们相继用实验证实原子、分子、中子等微观粒子的波动性，德布罗意 关系式已成为微观粒子的波动性和粒子性之间关系的基本公式．
实物粒子的波粒二象性PPT课件 鲁教版
普朗克常量 ． 上述关系称为德布罗意关系．两式中的h为___________ 粒子性 和_______ 波动性 联系起来． 通过普朗克常量把_______
物质波的波长、频率关系式：λ＝___，ν＝ ___ ．
二、德布罗意假说的实验探索 实验探究思路
干涉、衍射是波特有的现象．如果实物粒子具有波动性，则在 一定条件下，也应该能发生干涉和衍射现象．
个波长实在是太小了．
(4)波粒二象性是微观粒子的特殊规律，一切微观粒子都存在波动性； 宏观物体也存在波动性，只是波长太小，难以观测．
(5)对于光，先有波动性(即ν和λ)，其后在量子理论中引入 光子的能量E和动量p来补充它的粒子性．反之，对于实 物粒子，则先有粒子性(即E和p)，再引用德布罗意波(即ν
(
)．
A．任何运动的物体(质点)都伴随一种波，这种波叫物质波 B．X射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的 C．电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的
D．宏观物体尽管可以看作物质波，但它们不具有干涉、衍
射等现象 解析 根据德布罗意物质波理论可知，任何一个运动的物 体，小到电子、质子，大到行星、太阳，都有一种波与之 相对应，这种波就叫物质波，可见，A选项是正确的；由于一、对德布罗意假说的理解
温馨提示 (1)普朗克常量h很小，而宏观物体的动量p都比较大，所以 宏观物体的德布罗意波的波长都很小． (2)物质波也是概率波．在一般情况下，对于电子和其他微观粒子， 不能用确定的坐标来描述它们的位置，因此也无法用轨迹描述它的运 动，但是它们在空间各处出现的概率是受波动规律支配的． (3)我们平时所看到的宏观物体，其运动时，我们看不到它们的波动 性，但也有一个波长与之对应，例如飞行子弹的波长为10－34 m，这
确地确定，不确定性关系对宏观物体来说没有实际意义．
大学物理波粒二象性(PPT课件)
第六篇 量子物理基础
前 言
在20世纪纪初，发生了三次概念上的
革命，它们深刻地改变了人们对物理世界
的了解，这就是狭义相对论（1905年）、
广义相对论（1916年）和量子力学（1925 年）。
经典物理（18－19 世纪）
牛顿力学、热力学、经典统计力学、经典电磁理论， 19世纪末趋于完善。使人感到，经典物理似可解决 所有问题:
铁块温度升高时颜色的变化
低温物体（例如人体）也有热辐射，但辐射较弱， 并且主要成分是波长较长的红外线。
头部的红外照片（热的地方显白色，冷的显黑色）
直觉:
低温物体发出的是红外光
炽热物体发出的是可见光
高温物体发出的是紫外光
注意：
热辐射与温度有关 但并不是所有发光现象都是热辐射 例如：激光、日光灯发光就不是热辐射
二、 描述热辐射的基本物理量
1) 光谱辐射出射度(也称单色辐射本领)
单位时间内从物体单位表面发出的波长在 附近单位波长间隔内的电磁波的能量 M λ (T )
T
单位面积
dE ( dλ)（单位时间内）
d E M (T ) d
M (T ) M (T )d
0
普朗克常量： h 6.626 10
34
3
Js
M.Planck 德国人 1858－1947
4.136 10 e V s
15
在全波段与实验结果惊人符合
M (10 - 9 W/(m2 Hz))
2 2 （1900） M (T ) 2 kT c
“紫外灾难”
实验曲线
T 2000 K
/1014Hz
W/(m2 Hz)
m
不同温度下的黑体辐射 M～ 曲线
前 言
在20世纪纪初，发生了三次概念上的
革命，它们深刻地改变了人们对物理世界
的了解，这就是狭义相对论（1905年）、
广义相对论（1916年）和量子力学（1925 年）。
经典物理（18－19 世纪）
牛顿力学、热力学、经典统计力学、经典电磁理论， 19世纪末趋于完善。使人感到，经典物理似可解决 所有问题:
铁块温度升高时颜色的变化
低温物体（例如人体）也有热辐射，但辐射较弱， 并且主要成分是波长较长的红外线。
头部的红外照片（热的地方显白色，冷的显黑色）
直觉:
低温物体发出的是红外光
炽热物体发出的是可见光
高温物体发出的是紫外光
注意：
热辐射与温度有关 但并不是所有发光现象都是热辐射 例如：激光、日光灯发光就不是热辐射
二、 描述热辐射的基本物理量
1) 光谱辐射出射度(也称单色辐射本领)
单位时间内从物体单位表面发出的波长在 附近单位波长间隔内的电磁波的能量 M λ (T )
T
单位面积
dE ( dλ)（单位时间内）
d E M (T ) d
M (T ) M (T )d
0
普朗克常量： h 6.626 10
34
3
Js
M.Planck 德国人 1858－1947
4.136 10 e V s
15
在全波段与实验结果惊人符合
M (10 - 9 W/(m2 Hz))
2 2 （1900） M (T ) 2 kT c
“紫外灾难”
实验曲线
T 2000 K
/1014Hz
W/(m2 Hz)
m
不同温度下的黑体辐射 M～ 曲线
实物粒子的波粒二象性课件-高二下学期物理鲁科版(2019)选择性必修第三册
能是实验。
1927年，戴维孙和革末通过
实验发现了电子的衍射现象。
1927年，汤姆孙用实验证明，电子在穿过金属片后像X射线
一样产生言射现象，也证实了电子的波动性。
1 960 年，约恩 孙直接 做了 电子双 缝干 涉实验 ，从 屏上摄 得了 类似杨 氏双 缝干涉 图像 。
电子双缝干涉图样
电子波动性的应用：扫描隧道显微镜
即每一个运动者的粒子都有一个对应的波。
实物粒子也具有波粒二象性？
路易·维克托·德布罗意 1929年获诺
贝尔物理奖
一、德布罗意假说
1、粒子的能量E与相应的波的拍频率v的关系
E=hv
2、粒子的动量p与相应的波长λ之间的关系
=
CYBER PUNK
如何证明德布罗意的猜想呢？
已知电子质量为m=9.1X10-31kg，普拉克常量
法国物理学家海森堡研究发现，这种不确定性存在以下关系：
ℎ
∆∆ ≥
4
典型例题
1．下列说法正确的是（
）
A、一切宏观物体都伴随着一种波，即物质波。
B、湖面上的水波就是物质波。
C、光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性。
D、光子数量越大，其粒子性越明显。
典型例题
2．波粒二象性是微观世界的基本特征，下列说法正确的是（
A、光电效应现象揭示了光的粒子性
B、中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C、电子在穿过金属片后的衍射现象，证实了电子的粒子性
D、动能相等的质子和电子，它们的物质波波长也相等。
）
典型例题
3．关于物质波，以下观点正确的是(
)
A．只要是运动着的物体，不论是宏观物体还是微观粒子，都有相应的
1927年，戴维孙和革末通过
实验发现了电子的衍射现象。
1927年，汤姆孙用实验证明，电子在穿过金属片后像X射线
一样产生言射现象，也证实了电子的波动性。
1 960 年，约恩 孙直接 做了 电子双 缝干 涉实验 ，从 屏上摄 得了 类似杨 氏双 缝干涉 图像 。
电子双缝干涉图样
电子波动性的应用：扫描隧道显微镜
即每一个运动者的粒子都有一个对应的波。
实物粒子也具有波粒二象性？
路易·维克托·德布罗意 1929年获诺
贝尔物理奖
一、德布罗意假说
1、粒子的能量E与相应的波的拍频率v的关系
E=hv
2、粒子的动量p与相应的波长λ之间的关系
=
CYBER PUNK
如何证明德布罗意的猜想呢？
已知电子质量为m=9.1X10-31kg，普拉克常量
法国物理学家海森堡研究发现，这种不确定性存在以下关系：
ℎ
∆∆ ≥
4
典型例题
1．下列说法正确的是（
）
A、一切宏观物体都伴随着一种波，即物质波。
B、湖面上的水波就是物质波。
C、光的干涉、衍射、偏振现象说明光具有波动性。
D、光子数量越大，其粒子性越明显。
典型例题
2．波粒二象性是微观世界的基本特征，下列说法正确的是（
A、光电效应现象揭示了光的粒子性
B、中子束射到晶体上产生衍射图样说明中子具有波动性
C、电子在穿过金属片后的衍射现象，证实了电子的粒子性
D、动能相等的质子和电子，它们的物质波波长也相等。
）
典型例题
3．关于物质波，以下观点正确的是(
)
A．只要是运动着的物体，不论是宏观物体还是微观粒子，都有相应的
粒子波粒二象性-PPT课件
t r 与粒子在 时刻，在 处出现的几率成正比
r 设粒子在 处附近小体积元 dV内出现的几率 dW，则：
2 Ψ dW dV
即： d W Ψ d V
2
t r Ψ ΨΨ 表示粒子在 时刻，在 处出现的几率密度 3
2 *
3. 波函数的标准条件
有限——几率必小于1，为有限数 单值——描写状态的量不能为多值 t时刻 r 处粒子出现的几率是唯一的 连续——波函数满足的方程要求它和它的一阶偏微分是连续的
2 d Ψ x kΨ x 0 2 d x
2
解为 Ψ x A sin kx B cos kx
7
波函数在 x = 0 处连续，有
Ψ 0 Ak s i n (0 ) Bk c o s (0 )0
B 0
Ψ (x )0
U(
r)
1
p 具有波粒二象性的粒子，由于 r和 不能同时准确确定， p 粒子的运动状态也不能用 r和 表示，其动力学方程 F m a
既量子力学中的波函数及薛定谔方程
不再适用。必有新的物理量来描写粒子的运动状态，及其所满足 的方程
§16.6 波函数 薛定谔方程
一. 波函数
Ψ Ψ ( r , t )——复函数
2 sin2 x a a
2 22 2 n2 时 Ψ s in x 2 a a
2 n Ψn(x) sin x a a 8
讨论： Ψn(x)
2 n sin x a a
1. 阱内粒子的能量是量子化的
2mE k 2
2
n k a
2 h 2 2 E n n E n 1 2 8 ma
人教版选修3-5 第十七章 波粒二象性 17.5不确定关系——高二物理教学课件
粒 子
1909 1905
爱
粒 二 象 性
顿
性
因
微
斯
粒
坦
说
光
子
说
光的粒子性 康普顿效应
光的波动性
小孔
O 接收屏
采用粒子说的观点，一束光通过小孔到达接收屏中心O， 只会在O点形成亮斑，其他地方是暗的。实验果真如此？？
光的波动性 光的衍射：光在遇到障碍物或孔时，绕到障碍物阴影区域继续传播的现象
光的波动性
一个智者能知道某一刻所有自然运动的力和所有自然构成的物件的位
置，假如他也能够对这些数据进行分析，那宇宙里最大的物体到最小
的粒子的运动都会包含在一条简单公式中。对于这智者来说没有事物
会是含糊的，而未来只会像过去般出现在他面前。”
—拉普拉斯
海森伯不确定关系 xp h 4π
不能同时用粒子的位置和动量来描述粒子的运动
只打开狭缝 A
只打开狭缝 B
同时打开狭缝A和 B
采用粒子说的观点，两束光通过双缝到达接收屏，那么会形成中间亮两边暗的条纹。 实验果真如此？？
光的波动性 光的干涉：两列或两列以上的光波在空间中重叠时发生叠加从而形成新的光波的现象
光的波粒二象性
光的性质 粒子性 波动性
实验事实 光电效应、康普顿效应
光的干涉、光的衍射
h 6.63 1034 m 1.9 1036 m
p 50 7
由计算结果看出，宏观物体的物质波波长非常小，所以很难表现出其波动性。
物理学的四大神兽
缩地成寸芝诺龟
逆转时空麦克斯韦妖
超越生死薛定谔的猫
预言先知拉普拉斯兽
海森伯不确定关系
“我们可以把宇宙现在的状态视为其过去的果以及未来的因。如果
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ek 2 2Ek m0c2
7
（4）当EK= 1GeV 时， Ek m0，c2有：
hc 1.24 1015 (m)
Ek
例2：质量 m= 50Kg的人，以 v=15 m/s 的速度运 动，试求人的德布罗意波波长。
解： h h P mv
6.631034 50 15
8.8 10 37 m
动量为 P 的粒子波长： h h h P mv mev
德布罗意公式
德布罗意是第一个由于博士论文（提出的物质波的假 设）获得了诺贝尔奖。
4
例1：试计算动能分别为100eV、1MeV、1GeV
的电子的德布罗意波长。 解：由相对论公式：E E0 Ek , E 2 E02 C 2P2
得： P 1 c
电子枪
U K
D
电子束
探测器
B
G
12
实验发现，电子束强度并不随 I
加速电压而单调变化，而是出 现一系列峰值。
当 U=54V, θ=500 时
电流有一峰值，此实验验证
了电子具有波动性，
54
电子加速
1 2
m
ev
2
eU
(m ev )2 2m eeU
h h
p 2meeU
电子束在两晶面反射加强条件2d：sin k13
2
n 1,2,3
电子波动反映到原子中，为驻波。
9
例：求静止电子经 15000V 电压加速后的德波
波长。
解：静止电子经电压U加速后的动能 1 mv 2 eU 2
由P mv 代入P 2meU
h h
P 2meU
6.63 10 34
2 9.1 10 31 1.6 10 19 15000
1 10 11 m
10
11
9
4.德布罗意波的实验验证
X 射线照在晶体上可以产 生衍射，电子打在晶体上也能
观察电子衍射。
1. 电子衍射实验1
1927年 C.J.戴维森与 G.P. 革末作电子衍射实验，验证电
子具有波动性。 戴维逊和革末的实验是 用电子束垂直投射到镍单 晶，电子束被散射。其强 度分布可用德布罗意关系 镍单晶 和衍射理论给以解释，从 而验证了物质波的存在。
上面的结果说明宏观物体的波动性是不显著的，对宏 观物体不必考虑其波动性，只考虑其粒子性即可。
8
3.从德布罗意波导出玻尔角动量量子化条件
电子在轨道运动时，当电子轨道周长恰为物质 波波长的整数倍时，可以形成稳定的驻波，这就对
应于原子的定态。
2rn n ,
h ,
mv
2rn
nh mv
L
mvr n
nh
衍射图样不是由粒于之间的相互作用而产生的。
16
17
物质波振幅的平方与粒子在该处邻近出现的概率成 正比。
电子出现的概率反映该处的波强。
粒子观点
波动观点
波强
电子密处，概率大。 电子疏处，概率小。
电子密处，波强大。
电子疏处，波强小。
振幅A2
粒子密度 概率
机械波是机械振动在空间传播，德布罗意波是对微 观粒子运动的统计。
h h
2d sin k
P 2m eeU
再由： U 54V, m e 9.11 10 31 Kg
6.63 10 34
0.167nm
2 9.11031 1.6 1019 54
电子衍射掠射角： 180 50 650
2
镍单晶 d 0.911010m, 650
k 1,
2d sin 2 0.911010 sin 65 0.165nm
与实验值相差很小。
这表明电子具有波动性，实物粒子具有波动性是正 确的。
14
2. 电子衍射实验2
电子束在穿过细晶体粉末 或薄金属片后，也象X射线
一样产生衍射现象。
阴极 栅极
多晶 薄膜
K
G
Cs
1927年 G.P.汤姆逊（J.J.
U
汤姆逊之子） 也独立完成了
高压
屏P
电子衍射实验。与 C.J.戴维
森共获 1937 年诺贝尔物理
6
（1）当EK=100eV时，电子静能E0=m0c2=0.51MeV，有：
Ek m0c2 则：
hc
2m0c 2 Ek
6.631034 3108
1.231010 m
2 100 0.51106 (1.6 1019 )2
以上结果与X射线的波长相当，
（4）当EK= 1MeV 时，有：
hc
8.731013(m)
18
学奖。
动画
此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动15 性。
13
5.德布罗意波的统计解释
究竟怎样理解波和它所描写的粒子之间的关系?
对这个问题曾经有过各种不同的看法。例如，有人认为波是 由它所描写的粒子组成的。这种看法与实验不符。我们知道， 衍射现象是由波的干涉而产生的，如果波真是由它所描写的粒 子所组成，则粒子流的衍射现象应当是由于组成波的这些粒子 相互作用而形成的。但事实证明，在粒子流衍射实验中，照象 片上所显示出来的衍射图样和入射粒子流强度无关，也就是说 和单位体积中粒子的数目无关。如果减小入射粒子流强度，同 时延长实验的时间，使投射到照象片上粒子的总数保持不变， 则得到的衍射图样将完全相同。即使把粒子流强度减小到使得 粒子一个一个地被衍射，照片上一次出现一个孤立的点，体现 了电子的粒子性。只要经过足够长的时间，所得到的衍射图样 也还是一样。这说明每一个粒子被衍射的现象和其他粒子无关，
第三节 粒子的波动性
1
实物粒子的波粒二象性、 不确定关系
2
一、德布罗意物质波的假设
1.物质波的引入
光具有粒子性，又具有波动性。
光子能量和动量为 E h
P h
m h
c
上面两式左边是描写粒子性的 E、P；右边是描写
波动性的 、。 将光的粒子性与波动性联系起来。
1923年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设 想，对于光子的波粒二象性会不会也适用于实物粒子。
一切实物粒子都有具有波粒二象性。 实物粒子：静止质量不为零的那些微观粒子3 。
实物粒子的波粒二象性的意思是：微观粒子既表现出 粒子的特性，又表现出波动的特性。
实物粒子的波称为德布罗意波或物质波，物质波的波 长称为德布罗意波长。
2.德布罗意关系式
德布罗意把爱因斯坦对光的波粒二象性描述应用 到实物粒子，
2E0 Ek
Ek 2
1 c
Ek 2 2Ek mec2
代入德布罗意公式， h ，有：
hc
P
Ek 2 2Ek mec2
若：Ek<<m0c2 则：
hc h
h
h
2Ek mec2
2me Ek 2me (mev2 ) / 2 mev
5
若： Ek>>m0c2 则：
hc hc Ek 2 Ek