17.4 概率波与不确定关系 18张PPT

17.4 概率波 17.5 不确定关系 第十七章 波粒二象性 光具有波动性，又有粒子性，即波粒二象性。 光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射、偏振现象。 光在与物质发生作用时表现出粒子性，如光电效应，康普顿效应。 光子能量和动量为 二、经典的粒子和经典的波 1：经典的粒子的基本特征 ⑴粒子有一定的空间大小、一定的质量和电荷量 ⑵ 粒子的运动遵从牛顿第二定律 ⑶粒子有确定的位置、速度以及时空中确定的轨道。 2：经典的波的基本特征 ⑴在空间具有弥散性(可叠加分散） ⑵ 具有一定的频率、波长具有时空的周期性 光(波)具有粒子性 1.德布罗意假设 ? 那么实物粒子也应具有波动性。 实物粒子具有波动性吗? L.V. de Broglie （法，1892?1986） 从自然界的对称性出发，认为： 既然光(波)具有粒子性 1924.11.29德布洛意把题为“量子理论的研究” 的博士论文提交巴黎大学。 三、实物粒子的波动性 与粒子相联系的波称为物质波 或德布罗意波， 一个能量为E、动量为 p 的实物粒子同时 具有波动性， 他在论文中指出： 关系与光子一样： 它的波长?、频率? 和 E、p的 爱因斯坦 ─ 德布罗意关系式 朗之万把德布洛意的文章寄给爱因斯坦， 爱因斯坦称赞说： “揭开了自然界巨大帷幕的一角” “瞧瞧吧，看来疯狂，可真是站得住脚呢” 论文获得了评委会的高度评价。 1927年 G.P.汤姆逊（J.J.汤姆逊之子） 也独立完成了电子衍射实验。与 C.J.戴维森共获 1937 年诺贝尔物理学奖。 电子衍射实验 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。 此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。 2、粒子波动性的验证 3、德布罗意波的统计解释 1926年德国物理学家波恩提出了概率波，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分布却服从一定的统计规律。 光的强弱对应于光子的数目，明纹处达到的光子数多，明纹表示光子达到的概率大。暗纹反之。 甲 丙 乙 一个一个电子依次入射双缝的衍射实验： 体现了粒子性 体现了波动性 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。则光子在空间出现的概率可以通过衍射、干涉的明暗条纹这样的波动规律确定。 --光是一种概率波。 物质波也具有波粒二象性，同样物质波也是概率波。 现象：1.单个粒子的位置是不确定的，但在某点附近出现的概率的大小可以由波动规律确定。 2.大量粒子，概率的分布导致确定的宏观结果。粒子数越多，规则的条纹越来越明显。 四、概率波 波动性是光子间相互作用的结果吗？ 波动性不是光子间相互作用引起的，而是光子自身固有的性质 光是一种概率波 ⑴不能确定某时刻某个光子落在哪个位置 ⑵光子落在某一位置附近的概率可以确定，且光子在空间出现的概率可通过波动的规律确定。 光子在某位置出现的概率大，对大量光子来说达到该位置的光子数多，该位置出现明条纹。 反之出现暗条纹。 对实物粒子的波粒二象性的理解 1.与实物粒子相联系的物质波也是概率波，即单个粒子的位置是不确定的，但粒子在某点附近的概率的大小可以由波动的规律确定。 2.对大量粒子来说，概率大的位置达到的粒子数多，概率小的位置达到的粒子数少。 五、不确定性关系 经典力学：运动物体有完全确定的位置、动量、能量等。 微观粒子：位置、动量等具有不确定量（概率）。 电子衍射中的不确定性 一束电子以速度 v 沿 oy 轴射向狭缝。 电子在中央主极大区域出现的几率最大。 y 光强 △x表示粒子位置的不确定量，△p表示沿x轴的动量不确定量。 △x越小，明纹宽度越大，θ角越大，p的不确定量越大。衍射越明显。反之，p的不确定量越小 ... ...