第26章_波粒二象性概述.ppt

二、实验规律 电子的Compton波长 ? 三、康普顿效应验证了光的量子性 X射线光子与“静止”的“自由电子”弹性碰撞 弹性碰撞过程中能量与动量守恒 能量守恒： 光子 电子 即： （光子和静止电子的碰撞） 动量守恒： 分量形式： 波长偏移 ? *自由电子吸收一个入射光子的能量，发射一个能量稍低的散射光子，散射波长变长。同时电子和光子沿不同方向运动。 康普顿散射实验的物理解释 *光子与石墨中被原子核束缚很紧的电子的碰撞，应看作是光子和整个原子的碰撞。原子的质量远大于光子的质量，在碰撞过程中散射光子的能量几乎不改变，所以，在散射线中还有与原波长相同的射线。 3、康普顿散射实验的物理意义 光(波)具有粒子性 一、德布罗意假设: 实物粒子具有波动性。 与粒子相联系的波称为概率波 实物粒子具有波动性? 或德布罗意波 能量为E、动量为P的实物粒子相当于频率为? 波长为?的单色平面波。且： §26.4 粒子的波动性 （1924年法国物理学家德布罗意提出假设，1929年获诺贝尔物理学奖） 二、实验验证 电子通过金多晶薄膜的衍射实验 电子的单缝、双缝、三缝和四缝衍射实验 （汤姆孙 1928年） （约恩逊 1960年) 电子在镍（Ni)晶体的衍射 （戴维孙-革末实验） 1927年 例题1 子弹 m=0.01 kg，v =300 m/s h极其微小 宏观物体的波长小得实验 难以测量 “宏观物体只表现出粒子性” 例题2 电子 说明在微观领域内，粒子明显地表现出波动性。 一切微观粒子都具有波粒二象性。 Kg m/s m 例题3. 电子在电场中被加速（uc),加速电压为U,求其德布罗意波长。 解： m 电子显微镜有较高的分辨率。 三.波函数和概率波 微观粒子具有波粒二象性 德布罗意波是概率波 薛定谔 1925年提出用波函数描述粒子 的运动状态。 波函数 波函数满足的方程 薛定谔方程 波函数的物理意义 本身无意义， 代表粒子在时刻 t ,在点（x，y，z）附近单位体积中出现的概率——概率密度。 波函数描写的是处于相同条件下的大量粒子的一次行为或者一个粒子的多次重复行为。 玻恩的统计解释 §26.5 不确定关系 一、光子的不确定关系 从光的相干长度概念说起 设波列沿x轴传播 相干长度 德布罗意波长 动量变化 结果得 若想得到单色光 即要求 波列 那么波列必须 而实际的光波只能是 则必然存在谱线宽度 即波列有限 由不确定关系式 理想的波 二.实物粒子的不确定关系 粒子的动量值由加速电压决定 假设粒子均打在中央亮区(80%的粒子) 粒子进来往哪走？x方向的动量范围？ 被加速的电子通过狭缝a 单缝衍射第1级极小满足 以电子在单缝衍射中的结论为例 粒子直着走 粒子往第一级极小处走 将 代入得 这就是粒子在 x 方向的动量变化范围 故有 把其余明纹考虑在内有 严格的理论给出不确定性关系: 不确定关系使粒子运动“轨道”的概念失去意义 不确定关系是微观粒子的固有属性 与仪器精度和测量方法的缺陷无关 1927年海森伯分析了几个理想实验后提出了不确定关系。 三.能量与时间的不确定性关系 能级自然宽度和寿命 设体系处于某能量状态的寿命为 则该状态能量的不确定程度DE（能级自然宽度) * 第26章 波 粒 二 象 性 《大学物理学》下册 §26.1 黑体辐射 §26.2 光电效应 §26.3 康普顿散射效应 §26.4 粒子的波动性 §26.5 不确定性关系 第26章 波粒二象性 量子理论的诞生 引言 §26.1 黑体辐射 一、热辐射 定义 分子的热运动使物体辐射电磁波 基本性质 温度? 发射的能量? 电磁波的短波成分? 例如：加热铁块 1400 K 800 K 1000 K 1200 K 由于物体辐射能量及能量按波长（频率）分布都决定于温度，所以称为 热辐射。 平衡热辐射 物体辐射的能量等于在同一时间内所吸收的能量 二、基尔霍夫辐射定律 单位时间内从物体表面单位表面积发出的频率在v 到v+ dv范围内的电磁波的能量。 1.光谱辐射出射度 2. 辐射出射度 单位时间内从物体表面单位面积上所发射的各种波长的总辐射能。 3.光谱吸收比 温度为T 时，物体表面吸收的频率在 v 到v+d v 区间的辐射能量占全部入射的该区间的辐射能量之比。 若物体在任何温度下,对任何频率的辐射能的吸收比都等于1,则称该物体为黑体。 4. 黑体（理想模型） 黑体模型 5. 基尔霍夫辐射定律 好的吸收体也是好的辐射体 尽管各种材料的 和 可