实物粒子的波粒二象性精.ppt

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1、实物粒子的波粒二象性第1页，本讲稿共43页1914 1914 年年J.Franck G.Hertz用电子轰击原子的实验，证明了用电子轰击原子的实验，证明了原子内部能量是量子化的。原子内部能量是量子化的。J.Franck J.Franck(1882-1964)(1882-1964)G.Hertz G.Hertz(1887-(1887-1975)1975)for their discovery of the laws governing for their discovery of the laws governing the impact of an electron upon an atomt

2、he impact of an electron upon an atom The Nobel Prize in Physics 1925The Nobel Prize in Physics 1925第2页，本讲稿共43页德布罗意波德布罗意波德布罗意波德布罗意波实物粒子的实物粒子的波粒二象性波粒二象性26-5,6,726-5,6,7第3页，本讲稿共43页第4页，本讲稿共43页法国物理学家，法国物理学家，19291929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创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。始人，量子力学的奠基人之一。德布罗意之前，人们对自然界的认识，只局限于两种基本

3、的德布罗意之前，人们对自然界的认识，只局限于两种基本的物质类型：实物和场。前者由原子、电子等粒子构成，光则属于物质类型：实物和场。前者由原子、电子等粒子构成，光则属于后者。但是，许多实验结果出现了难以解释的矛盾。物理学家们后者。但是，许多实验结果出现了难以解释的矛盾。物理学家们相信，这些表面上的矛盾，势必有其深刻的根源。相信，这些表面上的矛盾，势必有其深刻的根源。19231923年，德布年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设想，人们对于光子的波罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设想，人们对于光子的波粒二象性会不会也适用于实物粒子。如果成立的话，实物粒子也粒二象性会不会也适用于实物粒子。如

4、果成立的话，实物粒子也同样具有波动性。为了证实这一设想，同样具有波动性。为了证实这一设想，19231923年，德布罗意又提出年，德布罗意又提出了做电子衍射实验的设想。了做电子衍射实验的设想。19241924年，又提出用电子在晶体上做衍年，又提出用电子在晶体上做衍射实验的想法。射实验的想法。19271927年，戴维孙和革末用实验证实了电子具有波年，戴维孙和革末用实验证实了电子具有波动性，不久，动性，不久，G.P.G.P.汤姆孙与戴维孙完成了电子在晶体上的衍射实汤姆孙与戴维孙完成了电子在晶体上的衍射实验。此后，人们相继证实了原子、分子、中子等都具有波动性。验。此后，人们相继证实了原子、分子、中子等

5、都具有波动性。德布罗意的设想最终都得到了完全的证实。这些实物所具有的波德布罗意的设想最终都得到了完全的证实。这些实物所具有的波动称为德布罗意波，即物质波。动称为德布罗意波，即物质波。第5页，本讲稿共43页光光(波波)具有粒子性，那么实物粒子具有具有粒子性，那么实物粒子具有一一.德布罗意假设德布罗意假设波动性吗波动性吗?L.V.de Broglie（法国人，法国人，1892 1986）从自然界的对称性出发，从自然界的对称性出发，具有粒子性，具有粒子性，那么实物粒子也应具有波动性。那么实物粒子也应具有波动性。1924.11.29德布罗意德布罗意把把题为题为“量子理论的研究量子理论的研究”的博士论文

6、提交给了巴黎大学。的博士论文提交给了巴黎大学。26-5 实物粒子的波动性实物粒子的波动性认为既然光认为既然光(波波)第6页，本讲稿共43页与粒子相联系的波称为与粒子相联系的波称为物质波物质波或或德布罗意波，德布罗意波，一个能量为一个能量为E、动量为、动量为 p 的的实物实物粒子，粒子，同时同时他在论文中指出：他在论文中指出：关系与光子一样关系与光子一样：它的波长它的波长、频率频率 和和 E、p的的 爱因斯坦爱因斯坦 德布罗意关系式德布罗意关系式 德布罗意波长德布罗意波长（de Broglie wavelength）也具有也具有波动波动性，性，第7页，本讲稿共43页 物质波的概念可以成功地解释原

7、子中令人困惑物质波的概念可以成功地解释原子中令人困惑的轨道量子化条件。的轨道量子化条件。（轨道角动量（轨道角动量 量子化条件）量子化条件）德布罗意的导师德布罗意的导师朗之万朗之万把德布罗意的论文寄给把德布罗意的论文寄给“揭开了自然界巨大帷幕的一角揭开了自然界巨大帷幕的一角”“看来疯狂，可真是站得住脚呢看来疯狂，可真是站得住脚呢”稳定轨道稳定轨道 要要满足驻波条件满足驻波条件波长波长论文获得了评委会的高度评价。论文获得了评委会的高度评价。了爱因斯坦，了爱因斯坦，爱因斯坦称赞德布罗意的论文爱因斯坦称赞德布罗意的论文 r第8页，本讲稿共43页U=100V 时，时，=1.225经爱因斯坦的推荐，物质波

8、理论受到了关注。经爱因斯坦的推荐，物质波理论受到了关注。在论文答辩会上，佩林问：在论文答辩会上，佩林问：“这种波怎样用实验耒证实呢？这种波怎样用实验耒证实呢？”德布罗意答道：德布罗意答道：“用电子在晶体上的衍射实验可以做到。用电子在晶体上的衍射实验可以做到。”算算电子的波长：算算电子的波长：设加速电压为设加速电压为U（单位为伏特）（单位为伏特）X射线波段射线波段（电子电子v px，此情形下，坐标和动量基本此情形下，坐标和动量基本第40页，本讲稿共43页隔壁车库内的汽车突然闯入了客厅隔壁车库内的汽车突然闯入了客厅 这在微观世界里是可能这在微观世界里是可能发生的图象。该图包含着发生的图象。该图包含

9、着两个物理内容：两个物理内容：1.由不确定关系，汽车在车库由不确定关系，汽车在车库中永远不会静止。中永远不会静止。2.物体在有限势阱内（车库物体在有限势阱内（车库的壁）有一定透出的概率的壁）有一定透出的概率（见下一章）。（见下一章）。该图出自伽莫夫的该图出自伽莫夫的物理世界奇遇记物理世界奇遇记第41页，本讲稿共43页德国人德国人Werner Karl Heisenberg1901-1976量子力学的创立量子力学的创立1932年诺贝尔物年诺贝尔物理学奖获得者理学奖获得者 海森伯海森伯第42页，本讲稿共43页设计制作设计制作设计制作设计制作干耀国干耀国干耀国干耀国山东科技大学济南校区山东科技大学济南校区第43页，本讲稿共43页