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1、1 近代物理近代物理第一章第一章 相对论相对论第二章第二章 早期量子论早期量子论第三章第三章 量子力学基础量子力学基础第四章第四章 原子和分子原子和分子第五章第五章 凝聚态凝聚态*第六章第六章 原子核原子核*第七章第七章 粒子粒子*第八章第八章 宇宙宇宙*普朗克普朗克23.1 微观粒子的波动性微观粒子的波动性 3.2 波粒二象性分析波粒二象性分析 3.3 不确定关系不确定关系 3.4 波函数和概率幅波函数和概率幅 3.5 态叠加原理态叠加原理 3.6 薛定谔方程薛定谔方程 3.7 薛定谔方程应用举例薛定谔方程应用举例3.8 薛定谔方程的若干定性讨论薛定谔方程的若干定性讨论3.9 量子力学中的力
2、学量量子力学中的力学量 第三章第三章 量子力学基础量子力学基础3问题：问题：2.我们身边的物体具有波动性吗？我们身边的物体具有波动性吗？1.电子具有波动性的依据是什么？电子具有波动性的依据是什么？3.经典粒子和波的概念与微观粒子和经典粒子和波的概念与微观粒子和波的概念有什么不同？波的概念有什么不同？年轻德布罗意年轻德布罗意3.1 微观粒子的波动性微观粒子的波动性4X射线射线电磁波电磁波衍射现象衍射现象取得了成功取得了成功X射线射线光子光子 康普顿效应康普顿效应取得了成功取得了成功X射线到底是波还是粒子呢？射线到底是波还是粒子呢？爱因斯坦光子理论爱因斯坦光子理论:光的波粒二象性光的波粒二象性电磁
3、波由光子组成，光子是整体起作用电磁波由光子组成，光子是整体起作用;光子能量光子能量 E=hv=mc2,光子动量光子动量 p=mc=hv/c=h/光的本性：光的本性：光既具有波动性，又具有粒子性。光既具有波动性，又具有粒子性。在有些情况下，光突出显示出波动性；在有些情况下，光突出显示出波动性；而在另一些情况下，则突出显示出粒子性而在另一些情况下，则突出显示出粒子性一一.光的波粒二象性光的波粒二象性6二二.德布罗意波德布罗意波德布罗意认为：德布罗意认为：一切实物粒子都具有波粒二象性。一切实物粒子都具有波粒二象性。与实物粒子相关的波叫德布罗意波或物质波。与实物粒子相关的波叫德布罗意波或物质波。且且:
4、德布罗意关系德布罗意关系遵从关系：遵从关系：或或(波矢波矢)(约化普朗克常数约化普朗克常数)具有一定能量具有一定能量E和动量和动量p的粒子联系着某种波的粒子联系着某种波,其频率为其频率为,波长为波长为:7考虑相对论效应考虑相对论效应,静质量为静质量为m0的实物粒子以的实物粒子以速度速度v 运动时运动时,其德布罗意波的波长和频率为：其德布罗意波的波长和频率为：对非相对论粒子有：对非相对论粒子有：注意：注意：对物质波对物质波,c=不成立不成立,它只对光波成立它只对光波成立。8如：如：求求m=0.01 kg,v=300 m/s 的子弹的物质波波长。的子弹的物质波波长。“宏观物体只表现出粒子性宏观物体
5、只表现出粒子性”。德布罗意波的波长一般很短德布罗意波的波长一般很短,因而在普通实验条件下难以观察到其波动性。因而在普通实验条件下难以观察到其波动性。宏观物体的波长小得实验难以测量宏观物体的波长小得实验难以测量因为因为h极其微小极其微小一般实验中宏观物体的波动性不显著一般实验中宏观物体的波动性不显著10 电子的德布罗意波长为电子的德布罗意波长为设电子由热阴极逸出后设电子由热阴极逸出后,经电势差为经电势差为U的电场加速，的电场加速，若电子的运动速度若电子的运动速度v 光学显微镜的分辨率，光学显微镜的分辨率，达达80万倍，分辨本领达万倍，分辨本领达1.44埃，广泛用于分子等埃，广泛用于分子等 结构的
6、研究。结构的研究。18经典的波经典的波:波在空间是弥散的，存在于广延空间波在空间是弥散的，存在于广延空间-非局域的非局域的,具有时空周期性，有具有时空周期性，有、,波叠加波叠加干涉、衍射现象。干涉、衍射现象。P(x)P1(x)P2(x)P(x)=P1(x)+P2(x)+同时打开同时打开相继单独打开相继单独打开效果不效果不一样一样SS1S2波源波源相干项相干项经典的粒子和经典的波非常不同，经典的粒子和经典的波非常不同，在类似的实验装置中行为截然不同！在类似的实验装置中行为截然不同！相继单独打开：相继单独打开：同时打开：同时打开：P(x)=P1(x)+P2(x)无干涉无干涉有干涉有干涉19二波粒二
7、象性分析波粒二象性分析戴维孙和汤姆孙的电子衍射实验戴维孙和汤姆孙的电子衍射实验电子具有波动性电子具有波动性斯特恩的氦原子和氢分子衍射实验斯特恩的氦原子和氢分子衍射实验原子和分子都具原子和分子都具有波动性有波动性一切实物粒子与光子一样一切实物粒子与光子一样,也具有波粒二象性也具有波粒二象性,其能量其能量E和动量和动量p为：为：能量能量:动量动量:E、p-粒子性物理量粒子性物理量、-波动波动性物理量性物理量波粒二象性波粒二象性或或怎样深刻理解怎样深刻理解实物粒子的波粒二象性实物粒子的波粒二象性呢？呢？其它微观粒子也都具有波动性其它微观粒子也都具有波动性20关于波粒二象性有如下看法：关于波粒二象性有
8、如下看法：认为波动性是基本，而粒子是由许多波叠加而成的认为波动性是基本，而粒子是由许多波叠加而成的波包波包反对方：波包总要随时间推移而最终消失反对方：波包总要随时间推移而最终消失从而否从而否!认为粒子是基本，而波动性是大量粒子组成的疏密波认为粒子是基本，而波动性是大量粒子组成的疏密波反对方：一个一个电子缓慢射出反对方：一个一个电子缓慢射出,通过仪器仍有干涉通过仪器仍有干涉条纹条纹从而否从而否!电子枪电子枪灯丝灯丝S1S2单个电子仍落在干涉亮纹位置单个电子仍落在干涉亮纹位置开双孔，一个一个开双孔，一个一个电子缓慢射出电子缓慢射出单个电子就具有波动性单个电子就具有波动性电子双缝衍射实验：电子双缝衍
9、射实验：21怎么理解一个一个的电子经双孔后也出现干涉条纹？怎么理解一个一个的电子经双孔后也出现干涉条纹？谁和谁干涉？谁和谁干涉？电子究竟是如何通过双孔的？电子究竟是如何通过双孔的？分析如下：分析如下：同时打开双孔，一个一个缓慢射出同时打开双孔，一个一个缓慢射出有干涉条纹有干涉条纹说明说明:一个电子通过时一个电子通过时,必定双孔同时起作用必定双孔同时起作用.无法测定单个电子究竟是通过孔无法测定单个电子究竟是通过孔1 还是孔还是孔2?因此，不妨认为电子运动无确切的轨道，因此，不妨认为电子运动无确切的轨道，单个电子以某个概率通过孔单个电子以某个概率通过孔l 和孔和孔2，通过孔通过孔1 的概率为的概率
10、为0.5的电子与通过孔的电子与通过孔2 的概率为的概率为0.5的的电子相遇形成干涉条纹。电子相遇形成干涉条纹。电子枪电子枪灯丝灯丝S1S222电子数电子数 N=6电子数电子数 N=100电子数电子数 N=3000电子数电子数 N=20000电子数电子数 N=70000出现概率小出现概率小出现概率大出现概率大电电子子双双缝缝干干涉涉图图样样24关于微观粒子总结如下：关于微观粒子总结如下：微观粒子确实具有波动性和粒子性微观粒子确实具有波动性和粒子性;不能将微观粒子的波动性和粒子性相互归属不能将微观粒子的波动性和粒子性相互归属;微观粒子的运动没有轨道，只能用概率描述微观粒子的运动没有轨道，只能用概率描述;微观粒子和观察仪器之间存在不可预测性。微观粒子和观察仪器之间存在不可预测性。25此此画画可可以以用用来来形形象象“比比喻喻”微微观观粒粒子子的的“二象性二象性”。少女？少女？老妇？老妇？出现在你视觉中。出现在你视觉中。的性质的性质两种图像不会同时两种图像不会同时在不同实验条件下，在不同实验条件下，微观粒子呈现出不同微观粒子呈现出不同26参考书参考书作业：作业：1.褚圣麟褚圣麟原子物理学原子物理学2.张三慧张三慧量子物理论量子物理论2.183.13.2