西南交通大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第五篇 量子现象和量子规律 第17章 量子力学的基本原理 §17.1 物质波假设及其实验验证 §17.2 不确定关系

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? 本章共3讲 第五篇 量子现象和量子规律 第17章 量子力学的基本原理

第十七章量子力学基本原理 这把人们引导到一个不可分割的整体性 的新观念这个新观念把世界的独立的“基 元部分”是最基本的实在这个通常观念颠倒 过来了。与之相反,我们说,整个字宙的相 互连接性才是最基本的实在,它的各个“部 分”仅仅是这个整体内的特殊的、偶然的形 D.Bohn式 被姆(其.1917-1992) 结构框图 物质波假设 及其实验验证 不确定关系]“量子力学解释 薛定谔方程 波函数(概率幅) 薛定谔方程 的简单应用

第十七章 量子力学基本原理 结构框图 物质波假设 及其实验验证 不确定关系 波函数（概率幅） 薛定谔方程 薛定谔方程 的简单应用 *量子力学解释 理论的发展 这把人们引导到一个不可分割的整体性 的新观念…这个新观念把世界的独立的“基 元部分”是最基本的实在这个通常观念颠倒 过来了。与之相反，我们说，整个宇宙的相 互连接性才是最基本的实在，它的各个“部 分”仅仅是这个整体内的特殊的、偶然的形 式。 －－玻姆（英.1917－1992） D.J.Bohm

重点 德布罗意公式 不确定关系 物质波浪函数及其统计解释 薛定谔方程及其在一维无限深势阱中的应用 难点 实物粒子的浪粒二象性 概率浪 窗口:扫描隧道显微镜、纳米技术 学时:6

重点： 德布罗意公式 不确定关系 物质波波函数及其统计解释 薛定谔方程及其在一维无限深势阱中的应用 学时： 6 难点： 实物粒子的波粒二象性 概率波 窗口：扫描隧道显微镜、纳米技术

旧量子论:在经典理论框架中引入量子假设,通过革新 基本观念,解决各局部领城的问题 量子力学:从基本属性上认识微观粒子的运动规律 §17.1物质波假设及其实验验证 一.德布罗意物质波假设 1基本思想:自然界是对称统一的,光与实物粒子 应该有共同的本性。 整个世纪以来,在辐射理论上,比起 波动的研究方法来,是过于忽视了粒子 的研究方法;在实物理论上,是否发生 了相反的错误呢?是不是我们关于粒子 图象想得太多,而过分地忽略了波的图 象呢? ∠.m. Broglie 德布罗意 2892-1987

旧量子论：在经典理论框架中引入量子假设,通过革新 基本观念，解决各局部领域的问题。 量子力学：从基本属性上认识微观粒子的运动规律 §17.1 物质波假设及其实验验证 一.德布罗意物质波假设 1.基本思想：自然界是对称统一的，光与实物粒子 应该有共同的本性。 整个世纪以来，在辐射理论上，比起 波动的研究方法来，是过于忽视了粒子 的研究方法；在实物理论上，是否发生 了相反的错误呢？是不是我们关于粒子 图象想得太多，而过分地忽略了波的图 象呢？ L.V.de Broglie －－－德布罗意 1892 ——1987

回顾:光的本性的两个不同侧面 波动性:表现在传播过程中(干涉、衍射) 粒子性:表现在与物质相互作用中 (光电效应、康普顿效应、电子偶效应) 无法用经典语言(波动或粒子)准确建立光的模型。 光的量子理论模型-光子 E=hy hc c 具有“波粒二象性 P=c= h 借用经典“波”和“粒子”术语, 但既不是经典浪,又不是经典粒子 E h E

回顾：光的本性的两个不同侧面 波动性：表现在传播过程中 （干涉、衍射） 粒子性：表现在与物质相互作用中 （光电效应、康普顿效应、电子偶效应） 无法用经典语言（波动或粒子）准确建立光的模型。 光的量子理论模型－光子     c h c E m h p mc mc hc E h = = = = = = = 2 2 借用经典“波”和“粒子”术语， 但既不是经典波，又不是经典粒子 具有“波粒二象性

人类对光的本性的认识过程启发了德布罗意。 1923年9-10月《法国科学院通报》 《辐射波与量子》 《光学光量子、衍射和干涉》 《量子气体运动理论及费马原理》 1924年博士论文:《量子理论研究》 提出实物粒子“浪波粒二象性”概念及实验验证思路, 并获得1929年诺贝尔物理奖

人类对光的本性的认识过程启发了德布罗意。 《辐射——波与量子》 《光学——光量子、衍射和干涉》 《量子气体运动理论及费马原理》 1923年9-10月《法国科学院通报》： 1924年博士论文：《量子理论研究》 提出实物粒子“波粒二象性”概念及实验验证思路， 并获得1929年诺贝尔物理奖

对称性:实物粒子与光类比 光儿何光学 粒子说 光子说 m=0)物理光学—波动说 “波粒二象性 实物传统力学—粒子性 粒子 物质波 波动力学—浪动性 (m≠0) 量子力学

对称性：实物粒子与光类比 物质波 实物 粒子 ( 0) m0  光 ( 0) m0 = 物理光学 —— 波动说 几何光学 —— 粒子说 传统力学 —— 粒子性 波动力学 —— 波动性 量子力学 “波粒二象性” 光子说

为什么德布罗意能够提出如此具有独创性的见解? 先进的科学观念自然界的对称性 自然界是对称统一的,光与实物粒子应该有 共同的本性。 对当时最有生命力的理论的把握: 普朗克能量子理论 爱因斯坦光量子理论 创造性思维模式: 非逻辑思维(联想、想象、类比、灵感.)

对当时最有生命力的理论的把握： 普朗克能量子理论， 爱因斯坦光量子理论…… 为什么德布罗意能够提出如此具有独创性的见解？ 先进的科学观念——自然界的对称性 自然界是对称统一的，光与实物粒子应该有 共同的本性。 创造性思维模式： 非逻辑思维（联想、想象、类比、灵感…）

2.对物质波的描述 E h 德布罗意公式 P=mv 简洁地把对粒子描述手段E,P}联系到-起 和对浪的描述手段 1)与光子比较 光子 E=mc2=hv nc 实物粒子 E=mc=hy P=mm÷々 卩<C德布罗意 波长

2. 对物质波的描述   h p mv E mc h = = = = 2 德布罗意公式 简洁地把对粒子描述手段 和对波的描述手段 E, p  ,  联系到一起 德布罗意 波长 1) 与光子比较 光子 E = mc = h 2  h p = mc = 实物粒子 E = mc = h 2  h p = mv = v  c

练习:设光子与电子的德布罗意液长均为λ, 试比较其动量和能量大小是否相同。 h 光 光 h 又 比光M 2 DC E>E E=mc= 光 C 光

练习：设光子与电子的德布罗意波长均为λ， 试比较其动量和能量大小是否相同。  h  p 光 =  h pe = e p 光 = p 2 E mc e = v mvc 2 = v pc2 =  hc v c = E光 v c =  Ee  E光   hc 又 E光 = h =