4 概率波 第十七章 波粒二象性 一 经典的粒子和经典的波 两种模型 粒子模型 波动模型 声音的干涉 衍射现象 经典粒子特征 大小 质量 电荷 运动特征 任意时刻的 确定位置和速度以及时 空中的确定轨道 经典波的特征 频 率 波长即具有时 空的周期性 自由落体 电子在电场中偏转 波和粒子是两种不同的研究对象 具有非常不 同的表现 那么 为什么对于光子 电子和质子等 粒子又能集它们于一身呢 二 概率波 明纹处到达的光子数 多 暗纹到达的光子数 少 这是否可以认为 是光子之间的相互作用 使它表现出了波动性 而不是光子本身就具有 波动性呢 一个光子通过狭缝后到底落在屏上的哪一 点呢 1926年德国物理学家波 恩指出 光子落在明处的概 率大 落在暗处的概率小 光子在空间出现的概率可 以通过波动的规律确定 所 以从光子的概念上看 光波 是一种概率波 玻恩 1882 1970 1954 年诺贝尔物理学奖 三 电子干涉条纹对概率波的验证 与电子等微观粒子相联 系的物质波也是概率波 单个粒子 位置不确定 大量粒子 确定的宏观结果 如干涉条纹 单 缝 衍 射 在光的衍射实验中 摄像记录弱光入射的几个不 同曝光阶段的衍射图样 并进行比较 可以发现 在衍射图样中较亮的地方 光子出现的概率较大 光的本性的进一步认识 波长长的光波动性明显 频率大的光粒子性明显 个别光子往往表现为粒子性 大量光子往往表现为波动性 n1 在经典物理学的概念中 粒子的运动在任意时 刻有确定的 和 波在空间中传播有固定的 和 表示波具 有空间上的周期性 n2 在弱光的干涉实验中 控制光的强度 使前一 个光子到达屏幕后才发出第二个光子 从而排除 光子之间相互作用的可能性 在这种情况下 如 果时间较短 则在光屏上出现的是 若经过比较长的 时间 则在屏上可以看到 这说明光子到达亮条纹处的 较大 到达暗条纹处的 较小 所以我们可 以说光是一种 波 轨道 位置 速度 频率 波长 无规则分布的曝光点 明显的干涉条纹 概率 概率 概率 n3 用电子做双缝干涉实验时 少量电子在 屏上看不到分布规律 体现了电子的 性 但大量电子通过双缝时 在屏上就得到了清晰的干涉条纹 体现 了电子的 性 n4 电子 质子等实物粒子和光子一样 具 有波动性 这种波动性就是粒子本身在空 间某处出现的 大小问题 但 光子又不同于其他实物粒子 光子在真空 中的 是其他粒子永远 达不到的 概率 传播速度 n10 在单缝衍射实验中 中央亮条纹 的光强占入射光光强的95 以上 假设 现在只让一个光子通过单缝 则该光 子 nA 一定落在中央亮条纹上 nB 一定落在亮条纹处 nC 可能落在暗条纹处 nD 落在中央亮条纹处的可能性最大 CD n1 光通过各种不同的障碍物后会产生 各种不同的衍射条纹 衍射条纹的图 样与障碍物的形状相对应 这一现象 说明 nA 光是电磁波 nB 光具有波动性 nC 光可以携带信息 nD 光具有波粒二象性 BC n2 下列各组现象能说明光具有波粒二 象性的是 nA 光的色散和光的干涉 nB 光的干涉和光的衍射 nC 泊松亮斑和光电效应 nD 光的反射和光电效应 C n3 下列说法中正确的是 nA 物质波属于机械波 nB 只有像电子 质子 中子这样的微 观粒子才具有波动性 nC 德布罗意认为 任何一个运动着的 物体 小到电子 质子 大到行星 太阳 都有一种波和它对应 这种波 叫物质波 nD 宏观物体运动时 看不到它的衍 射或干涉现象 所以宏观物体运动时 不具有波动性 C n4 关于物质波 下列说法正确的是 nA 电子衍射图样证明了物质波的正确 性 nB 粒子的动量越大 其波动性越易观 察 nC 粒子的动量越小 其波动性越易观 察 nD 电子衍射图样中电子束物质波的波 长与金属晶格大小可以比拟 ACD