2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：描述波粒二相性

描述波粒二相性

在量子力學(xué)建立的初期，人們對(duì)德布羅意波的意義曾提出過各種各樣的猜測(cè)，例如:

電子波是一個(gè)代表電子實(shí)體的波包，電子本身是彌散于空間的物質(zhì)波動(dòng)，電子的波動(dòng)性是大量電子之間的相互作用等。但是，這些猜測(cè)最終都因不能圓滿地解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象而不得不放棄。德布羅意波：是概率波1926年，玻恩對(duì)波粒二象性給出了一種統(tǒng)計(jì)詮釋粒子性和波動(dòng)性，兩個(gè)完全不同的性質(zhì)如何統(tǒng)一？描述波粒二相性由代入

電子的德波波長(zhǎng)很短，用電子顯微鏡，可放大200萬倍。解：靜止電子經(jīng)電壓U加速后的動(dòng)能例題:計(jì)算被15000V電場(chǎng)加速運(yùn)動(dòng)電子的德布羅意波長(zhǎng)。例：從德布羅意波導(dǎo)出玻爾角動(dòng)量量子化條件定態(tài)與駐波：軌道周長(zhǎng)=物質(zhì)波長(zhǎng)的整數(shù)倍。定態(tài)能量不連續(xù)

r

當(dāng)入射電子流密度很小時(shí)，電子幾乎是一個(gè)一個(gè)入射，在屏上只能觀察到幾個(gè)亮點(diǎn)，它們落在屏上位置是隨機(jī)分布的，如圖(a

)。由于每次電子打在屏上時(shí)總是出現(xiàn)一個(gè)亮點(diǎn)，所以電子總是“整個(gè)”地到達(dá)接收點(diǎn)，這顯示了電子的粒子性

但隨著時(shí)間的推移，打到屏上的電子越來越多，漸漸顯現(xiàn)了與光的雙縫實(shí)驗(yàn)相同的干涉圖樣,

如圖(b

),(c

),(d

)，而干涉現(xiàn)象是波動(dòng)的主要特征，這顯示電子又是一種波動(dòng)。圖12-13電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)結(jié)果(d)(c)(b)(a)電子雙縫干涉實(shí)驗(yàn)結(jié)果(1)入射強(qiáng)電子流(2)入射弱電子流

:底片上很快出現(xiàn)衍射圖樣，許多電子在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)中的統(tǒng)計(jì)結(jié)果.

:開始時(shí)點(diǎn)子無規(guī)分布，隨著電子增多，逐漸形成衍射圖樣，一個(gè)電子重復(fù)許多次相同實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)出的統(tǒng)計(jì)結(jié)果2.結(jié)論：

概率波的干涉結(jié)果根據(jù)玻恩概率波的觀點(diǎn)，干涉圖樣中強(qiáng)度大的明紋地方，就是到達(dá)那里的電子多，或者說，電子到達(dá)那里的概率較大。相反地，暗紋處就是到達(dá)那里的電子少,或者說,電子到達(dá)暗紋處的概率小。光子流S光通過單縫形成明暗相間的衍射條紋說明：光子到達(dá)縫時(shí),有沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的可能性;在屏幕上光子出現(xiàn)的概率具有波動(dòng)的特征;光波是概率波波動(dòng)說:光的衍射，條紋明暗不同，表示光強(qiáng)不同，

I

E2粒子說:光子的堆積，光強(qiáng)正比于光子數(shù)，

I

n,n

E22)

波動(dòng)性“可疊加性”有“干涉”“衍射”“偏振”現(xiàn)象1)

粒子性整體性物質(zhì)波：概率波；波函數(shù)：概率分布波粒二相性：物質(zhì)的兩種屬性，不同條件下表現(xiàn)不同屬性哲學(xué)上，任何物質(zhì)都有兩面性：剛?cè)?，軟硬粒子：不可再分，確定的能量動(dòng)量，剛波：不受時(shí)空限制，松散自由的方式，柔舉例：大腦與思想大腦：有形的物質(zhì)，看得見摸得著，直接存在；思想：無形的意識(shí)，相互作用，間接存在標(biāo)記一個(gè)人，可以用大腦也可以用思想為什么沒有意識(shí)到波粒二相性？有確定的軌道，在空間中周期變化，矛盾！經(jīng)典粒子：確定的軌道，位置和速度（現(xiàn)象）；質(zhì)量、電荷等“顆粒性”屬性（本質(zhì)）經(jīng)典波：物理量的空間分布周期性的變化（現(xiàn)象）；發(fā)生干涉、衍射，即相干疊加性。（本質(zhì)）表述形式錯(cuò)誤！相信現(xiàn)象而忽略本質(zhì)，舍本逐末事實(shí)上，波性和粒子性不矛盾！單個(gè)粒子可以毫無理由處于任何可能的狀態(tài)，沒有確定的軌道，位置和速度。是粒子但是沒有確定軌道世界毫無規(guī)律可言？單個(gè)粒子隨機(jī)看似無規(guī)，無妨。宏觀物質(zhì)，大量粒子，大量無關(guān)聯(lián)的概率事件，遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律。無規(guī)律中的規(guī)律整體出現(xiàn)，概率干涉，規(guī)律分布。同時(shí)保證顆粒性和相干性。是粒子又是波改變描述方式（思維定勢(shì)，難以改變）抓住物理實(shí)質(zhì)（很難，常犯錯(cuò)）電子的干涉和衍射：電子概率