大学物理量子物理量子物理四ppt课件.ppt

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1、同学们好！1第四节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2结构框图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应用*量子力学解释理论的发展3物质波假设及其实验验证一.德布罗意物质波假设1.自然界是对称统一的，光与实物粒子应该有共同的本性。光本性的两个不同侧面波动性：表现在传播过程中（干涉、衍射）

2、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）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4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5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)先进的科学观念：自然界的对称性；对当时最有生命力的

3、理论的把握：普朗克能量子理论，爱因斯坦光量子理论……在1924年的博士论文《量子理论研究》中，提出物质波概念，并获得1929年诺贝尔物理奖。6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72.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1)与光子比较光子：8设光子与电子的德布罗意波长均为，试比较其动量和能量大小是否相同。练习又9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运动状态传播的速度

4、——相速度与c是自然界的极限速率不矛盾102)物质波数量级概念子弹：地球：宏观物质均太小，难以觉察其波动特性。11电子：12（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13二.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，当时未和衍射联系起来。141926年了解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个月出成果用德布罗意理论5102015250I15与德布罗意物质波假设相符用x光衍射理论（布喇格公式）162.汤姆孙实验用电子束直接穿

5、过厚10-8m的单/多晶膜，得到电子衍射照片用电子波衍射测出的晶格常数与用x光衍射测定的相同戴维孙和汤姆孙共同获得1937年诺贝尔物理奖173.其它实验*中性微观粒子，具有波粒二象性1936年中子束衍射1929年斯特恩氢分子衍射-20-1001020方位角强度181961年电子单缝、双缝、多缝衍射1986年证实固体中电子的波动性微观粒子的波粒二象性是得到实验证实的科学结论1.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.........三.对实物粒子波粒二象性的理解历史上有代表性的观点:192

6、.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花样介质中频率不同的波u不同，波包应发散，但未见电子“发胖”不同介质界面波应反射，折射，但未见电子“碎片”波或粒子？在经典框架内无法统一“波和粒子”？20波或粒子？在经典框架内无法统一“波和粒子”？山重水复疑无路，柳暗花明又一村。一种崭新的观念和优美的数学方法悄然而生3.玻恩“概率波”说（1954年诺贝尔奖）光—光子流光的衍射21条纹明暗分布——屏上光子数分布强度分布曲线——光子堆积曲线设想：通过某缝到达屏上某点通过哪个缝落到哪一点不确定！？光—光子流光的衍射：22光

7、强分布——光子落点概率分布,“光子波”——概率波亮纹：光子到达概率大次亮纹：光子到达概率小暗纹：光子到达概率为零起点，终点，轨道均不确定只能作概率性判断类比：与实物粒子相联系的物质波——概率波物质波的强度分布反映实物粒子出现在空间各处的概率.........强度大：电子到达概率大强度小：电子到达概率小零强度：电子到达概率为零234.微观粒子不同于经典粒子，也不同于经典波24微观粒子的运动具有不确定性，只能用物质波的强度作概率性描述，不遵从经典力学方程。借用经典物理量来描述微观客体时，必须对经典物理量的相互关系和结合方式加以限制。其定量表达——海森

8、伯不确定关系。人们还在继续探索物质波的本质，但无论其物理实质是什么，物质波的强度代表着微观粒子在空间的概率分布已经是没有疑问的了。25不