16-1物质波,不确定关系.ppt

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1、1?美学在科学中的角色，是“纤细的筛子”，成为阐明和误解之间、讯号与杂讯之间的仲裁。-----彭加勒同学们好量子力学建立的历史.荣获诺贝尔奖的物理学家.瑞典.1982玻尔薛定谔德布罗意狄拉克海森伯（丹麦）（奥地利）（法国）（美国）（德国）2第十六章量子力学基本原理旧量子论：在经典理论框架中引入量子假设,通过革新基本观念，解决各局部领域的问题。量子力学：从基本属性上认识微观粒子的运动规律量子探险的两条道路－－－殊途同归先建立理论，后寻求解释。波动力学矩阵力学3结构框图学时：6物质波假设及其实验验证不确定关系波函数（概率幅）薛定谔方程薛定谔方程的简单

2、应用*量子力学解释理论的发展本章要点：物质波波函数及其统计解释,不确定关系,德布罗意公式,定态薛定谔方程及其在一维无限深势阱中的应用窗口：扫描隧道显微镜、纳米技术4§17.1物质波假设及其实验验证一.德布罗意物质波假设1.基本思想：自然界是对称统一的，光与实物粒子应该有共同的本性。单纯用波动粒子均不能完整地描述光的性质无法用经典语言准确建立光的模型光的本性的两个不同侧面波动性：表现在传播过程中（干涉、衍射）粒子性：表现在与物质相互作用中（光电效应、康普顿效应、电子偶效应）回顾5光子的量子理论模型“波粒二象性”借用经典“波”和“粒子”术语，但既不是

3、经典波，又不是经典粒子光：既不是经典波，又不是经典粒子,用量子理论描述——光子人类对光的本性的认识过程启发了德布罗意。6整个世纪以来，在辐射理论上，比起波动的研究方法来，是过于忽视了粒子的研究方法；在实物理论上，是否发生了相反的错误呢？是不是我们关于粒子图象想得太多，而过分地忽略了波的图象呢？德布罗意（L.V.deBroglie)1892——19877《辐射——波与量子》《光学——光量子、衍射和干涉》《量子气体运动理论及费马原理》1923年9-10月《法国科学院通报》：1924年博士论文：《量子理论研究》提出实物粒子“波粒二象性”概念及实验验证思

4、路.疑问重重：实物粒子的波动性怎么体现？实物粒子的波长、频率的具体含义是什么？……8德布罗意不能解答这些问题，但是他的立意新颖，论述严谨，巴黎大学的教授们以惊异的心情听取了他的报告，并给予高度评价。爱因斯坦称赞道：“瞧瞧吧，看来疯狂，可真站得住脚呢!”德布罗意获得1929年诺贝尔物理奖。成为第一个以博士论文获得诺贝尔物理奖的物理学家。9对当时最有生命力的理论的把握：普朗克能量子理论，爱因斯坦光量子理论……为什么德布罗意能够提出如此具有独创性的见解？先进的科学观念——自然界的对称性自然界是对称统一的，光与实物粒子应该有共同的本性。创造性思维模式：非

5、逻辑思维（联想、想象、类比、灵感…）10物质波实物粒子光物理光学——波动说几何光学——粒子说传统力学——粒子性波动力学——波动性对称性：实物粒子与光类比量子力学“波粒二象性”光子说112.对物质波的描述德布罗意公式简洁地把对粒子描述手段和对波的描述手段联系到一起德布罗意波长德布罗意波长1)与光子比较光子实物粒子12练习：设光子与电子的德布罗意波长均为λ，试比较其动量和能量大小是否相同。又13注意：电子物质波波速u电子运动速率v思考：？是否与c是自然界的极限速率矛盾波的相速度（对物质波而言没有物理意义）与c是自然界的极限速率不矛盾142)物质波数

6、量级概念子弹：地球：宏观物质λ均太小，难以觉察其波动特性15电压加速下的电子：16两种特例：（1）例：17（2）例：可以用晶体对电子的衍射来显示其波动性检验德布罗意公式的正确性18二.实验验证1.戴维孙——革末实验1923年用电子散射实验研究镍原子壳层结构1925年偶然事件后实验曲线反常出现若干峰值，当时未和电子衍射联系起来，改而研究镍的晶体结构。191926年了解到德布罗意物质波假设1927年有意识寻求电子波实验依据，2~3个月出成果，观察到电子衍射现象。5102015250I20与德布罗意物质波假设相符用X光衍射理论（P490布拉格公式）用德

7、布罗意理论212.汤姆孙实验单晶的劳厄相多晶的德拜相用高能电子束（10－40keV）直接穿过厚10-8m的单/多晶膜，得到电子衍射照片大量随机取向的微小晶体22戴维孙和汤姆孙共同获得1937年诺贝尔物理奖用电子波衍射测出的晶格常数与用X光衍射测定的相同发现电子的J.J.汤姆孙之子233.其它实验*中性微观粒子，具有波粒二象性1936年中子束衍射-20-1001020方位角强度误差≤2%1929年斯特恩氢分子衍射气压计速度选择器241.波由粒子组成，波动性是粒子相互作用的次级效应实验否定:电子一个个通过单缝，长时间积累也出现衍射效应........

8、.三.对实物粒子波粒二象性的理解历史上有代表性的观点:252.粒子由波组成，是不同频率的波叠加而成的“波包”实验否定单个电子不能形成衍射