高二物理竞赛量子物理课件 (7).pptx

《高二物理竞赛量子物理课件 (7).pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二物理竞赛量子物理课件 (7).pptx（15页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、量子物理2 2 德布罗意的物质波理论告诉我们,微观粒子具有波粒二象性，其位置与动量不能同时确定.所以已无法用经典物理方法去描述其运动状态.用波函数来描述微观粒子的运动.1 波函数*量子力学基本假设 微观粒子受外场作用，不再是自由粒子，仍具有波粒二象性，其状态仍用波函数(x,t)描写，具体形式由外场、边界条件等确定。3(1)经典的波与波函数 电磁波 机械波 经典波为实函数4(2)量子力学波函数(复函数)描述微观粒子运动的波函数微观粒子的波粒二象性 自由粒子的能量和动量是确定的，其德布罗意频率和波长不变，可认为是一平面单色波.波列无限长，根据不确定原理，粒子在 x方向上的位置完全不确定.5 自由粒

2、子平面波函数2 波函数的统计意义 概率密度 表示在某处单位体积内粒子出现的概率正实数波函数是复数不代表任何可观测的物理量 某一时刻出现在某点附近在体积元 中的粒子的概率为 可见，德布罗意波可见，德布罗意波(或物质波或物质波)与机械波、电磁波与机械波、电磁波不同，是一种概率波不同，是一种概率波.6标准条件波函数必须是单值、连续、有限的函数.归一化条件(束缚态)某一时刻整个空间内发现粒子的概率为7 7如何对波粒二象性正确理解？19491949年，前苏联物理学家费格尔曼做了年，前苏联物理学家费格尔曼做了 一个非常精确的一个非常精确的弱电子流衍射实验弱电子流衍射实验。电子几乎是一个一个地通过双缝，电子

3、几乎是一个一个地通过双缝，底片上出现一个一个的点子。底片上出现一个一个的点子。（显示出电子具有粒子性）（显示出电子具有粒子性）开始时底片上的点子开始时底片上的点子“无规无规”分布，随着分布，随着电子增多，逐渐形成双缝衍射图样。电子增多，逐渐形成双缝衍射图样。8对衍射图样进行分析因因为为个个别别粒粒子子在在何何处处出出现现是是偶偶然然的的，对对大大量量粒粒子子来来说说，某某时时刻刻在在何何位位置置出出现现是是必必然然的的，所所以以说说大大量量粒粒子子在在空空间间的分布服从统计规律。的分布服从统计规律。7100300020000700009从图样看，衍射极大处，波的强度大，即每个粒子到该处的概率大

4、，因而投射该处的电子数多。衍射极小处，波的强度小或等于0，粒子投射到该处的电子数少或没有。可见衍射图样是由于到达屏上各处的概率不同而形成的。730007000010从从波波动动的的观观点点看看：波波的的强强度度正正比比于于波波的的振振幅幅的的平方平方所所以以电电子子在在任任意意时时刻刻在在空空间间某某处处出出现现的的概概率率与与电电子子波波在在该该处处的的振振幅幅平平方成正比。方成正比。从从粒粒子子的的观观点点看看：强强度度大大处处电电子子到到达达该该处处的的概概率大率大概概率率是是实实数数，又又是是正正数数，所所以以取取波波函函数数的的绝绝对对值值平方与之联系。平方与之联系。7 730003

5、0007000070000111926年波恩对波函数提出了统计解释任意时刻粒子在空间某点出现的概率与在该处粒子波函数模的平方成正比。1954.Nobel Prize12例：自由粒子平面波的波函数表示粒子的概率密度，即在t时刻,在点(x,y,z)附近单位体积内发现粒子的概率。在t时刻，在点x附近单位体积内发现粒子的概率-概率密度自由粒子在各处出现的几率相等1313讨论德德布布罗罗意意波波既既不不是是机机械械波波也也不不是是电电磁磁波波，而而是是概概率率波波，它它不不像像机机械械波波或或电电磁磁波波那那样样是是实实在在的的物物理理量量随随时时间在空间的传播。间在空间的传播。微微观观粒粒子子的的波波

6、动动性性乃乃是是大大量量粒粒子子在在同同一一实实验验中中按按统统计计分分布布的的结结果果，或或单单独独一一个个粒粒子子在在多多次次相相同同的的实实验验中中按按统统计计分分布布的的结结果果。决决不不是是两两列列波波或或多多列列波波简简单单的的在在空间传播的叠加，并无实在物理量的波动。空间传播的叠加，并无实在物理量的波动。微微观观粒粒子子的的粒粒子子性性是是指指其其整整体体性性，是是一一个个个个电电子子打打在在屏屏上上，不不是是半半个个或或1/31/3个个，它它们们具具有有m,e,E,pm,e,E,p等等属属性性，与与“轨道轨道”的概念无必然的联系的概念无必然的联系14如果波函数的具体形式已知，便

7、知在体积元dv中的概率及概率密度|2，即粒子在t时刻的空间概率分布完全确定。例：双缝实验，单开缝1时粒子的概率幅|1|2,单开缝2时粒子的概率幅|2|2，两缝同时打开，入射粒子的去向有两种可能，作为一种波动，它们可以任意通过其中的一条缝。波函数概率分布干涉项1515 德布罗意的电子波动性假定传到苏黎世后，德拜(P.Debye)评论说，一个没有波动方程的波动理论太肤浅了！当时年轻的薛定谔在场。一周后聚会时薛定谔说，我找到了一个波动方程！这就是后来在量子力学中以他的名字命名的基本动力学方程。薛定谔方程描述非相对论微观粒子在势场中的状态随时间的演化，反映了微观粒子的基本运动规律，是量子力学的一个基本假定。