第25篇波粒二象性.ppt

实验解释： 将电子看成波，其波长为德布罗意波长： 既然是波，电流出现最大值时正好满足布喇格 公式： 即： 实验装置： G Ni单晶 电 流 计 U B K 发射电 子阴级 加 速 电 极 显然将电 子看成微 粒无法解 释。 实验表明电流最大值正好满 足 M 1927 年汤姆逊（G·P·Thomson）以600伏慢电子 （?=0.5?）射向铝箔，也得到了像X射线衍射一 样的衍射，再次发现了电子的波动性。 1937年戴维逊与GP汤姆逊共获当年诺贝尔奖 （G·P·Thomson为电子发现人J·J·Thmson的儿子） 尔后又发现了质子、中子的衍射 2）电子双缝实验 1961年琼森（Claus J?nsson）将一束电子加速 到50Kev，让其通过一缝宽为a=0.5?10-6m，间 隔为d=2.0?10-6m的双缝,当电子撞击荧光屏时, 发现了类似于双缝衍射. 大量电子一次 行为 电子双缝实验--一个电子多次重复行为 3)量子围栏(Quantum Corral)中的驻波 1993年克罗米(M·F·Corrie)等人用扫描电子显微 镜技术,把铜(111)表面上的铁原子排列成半径为 7.13nm的圆环性量子围栏,并观测量到了围栏内 的同心圆柱状驻波,直接证实了物质波的存在. + + + + + + + + + + + + + + + + 探针 注意:物质波被广泛用作探索手段.例核反应产生 的中子(?=0.1nm)可作为晶体探测器. 中子衍射显示的苯结构 §25－3海森伯不确定关系 1927年，海森伯提出了不确定关系。 以电子的单缝衍射为例导出不确定关系。 X Y I d 电子位置不确定量 仅考虑零级极大，电子被限制在第一级极小的衍射范围， 电子动量在x轴方向分量的不确定量 电子的德布罗意波长 即 如果也考虑其他级次极大，有 严格推导有： 其中 推广到其他坐标： 对三维直角坐标系有： { 海森伯不 确定关系 表述为：某一时刻粒子在某一方向上位置的不确定量与 同一时刻在同一方向上的动量的不确定量的乘 积大于或等于 （2）这种不确定性，完全是由微观粒子的波粒二象性决定 的。反映了微观粒子运动的基本规律。 说明： （1） 则 反之亦然，所以不能同时确定 （3）不确定关系指出了经典力学的适用范围。普朗克常量 h是一个判据，划出了经典力学和量子力学的界限。 时， ，则 ，则 所以位置和动量可以同时确定。过渡到经典力学。 【例25-9]】原子的线度是 求原子中电子速度的不确定量 解：原子的线度可看成是电子的位置不确定量 由不确定关系式得 第二十五章 波粒二象性 §25－1光的粒子性 物体在任一温度下发射从红外线、 可见光到紫外线的现象。 火 炉 600度 1000度 400度 因辐射与温度有关，故称热辐射 1、热辐射 一、基本概念 2、黑体 定义：物体的吸收率 黑体模型——空腔上的小孔 绝对黑体： 的物体 3、辐射出射度（辐出度） 定义：在单位时间内从物体单位表面上所辐射出去的各 种波长电磁能量的总和称为该物体的辐射出射度 （简称辐出度）。 如果单位时间从物体单位表面上辐射出去的在 的电磁能量为 ，则定义单色辐出度 为 表示单位时间内从物体单位表面辐射出去的在 附近单位波长间隔内的电磁能量。表示了辐射能量 随波长 的分布，有： 吸收多的物体辐射也多， 好的吸收体也是好的辐射体 这说明，只要知道黑体的单色 辐出度，就可以了解各种物体 的单色辐出度。 4、基尔霍夫定律 1860年，基尔霍夫指出：物体单色辐出度与吸收率的 比值与物体的性质无关，是温度T和波长 的普适函 数 实际物体单色辐出度与黑体单色辐出度之比为发射率： 黑体 ，黑体的单色辐出度为 二、黑体辐射实验规律 1、黑体辐出度 的实验规律 1879年，斯特藩实验指出： 2、黑体单色辐出度 的实验规律 曲线最大值对应的波长称为峰值波长 3、维恩位移定律（1839年）（理论推导） 随温度升高向短波方向移动 地球上常温物体 太阳表面 只有T＝800K以上的物体，可见光部分才有可能观察 能量。 三、普朗克黑体辐射公式 1、经典物理学公式 1896年，维恩根据统计物理学导出黑体辐射理论公式 短波部分与实验相符，但 长波部分