粒子的波动性和量子力学的建立

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粒子的波动性

1.粒子的波动性

1924年,德布罗意推想:自然界在许多方面是对称的,既然光具有波粒二象性,则实物粒子或许也有这种二象性。在这样的推想下,德布罗意提出假设:实物粒子和光一样,也具有波粒二象性。如果用能量ε和动量p来表征实物粒子的粒子性,用频率ν和波长λ来表征实物粒子的波动性,那么,对光适用的关系式也适用于实物粒子。即:

这种与实物粒子相联系的波后来称为德布罗意波,也叫物质波。

2.对德布罗意波的理解

(1)我们平时所看到的宏观物体运动时,看不出它们的波动性来,但也有一个波长与之对应,例如飞行的子弹的波长约为10-34m,这个波长实在是太小了。

(2)波粒二象性是微观粒子的特殊规律,一切微观粒子都存在波动性;宏观物体也存在波动性,只是波长太小,难以观测。

(3)对于光,先有波动图像(即频率和波长),其后在量子理论中引入光子的能量和动量来补偿它的粒子性。反之,对于实物粒子,则先有粒子概念(即能量和动量),再引入德布罗意的概念来补充它的波动性。

物质波的实验验证

1.实验探究思路

干涉、衍射是波特有的现象,如果实物粒子具有波动性,则在一定条件下,也应该发生干涉或衍射现象。

2.实验验证

1927年戴维孙和G.P.汤姆孙分别利用晶体做了电子束衍射的实验,得到了如图所示的衍射图样,从而验证了电子的波动性。他们为此获得了1937年的诺贝尔物理学奖。

量子力学的建立

1.量子力学的建立

(1)普朗克黑体辐射理论、爱因斯坦光电效应理论、康普顿散射理论、玻尔氢原子理论以及德布罗意物质波假说等一系列理论在解释实验方面都取得了成功。

(2)在以玻恩海森堡、薛定谔以及英国的狄拉克和奥地利的泡利为代表的众多物理学家的共同努力下,描述微观世界行为的理论被逐步完善并最终完整地建立起来,它被称为量子力学。

2.量子力学建立的意义

量子力学的创立是物理学历史上一次重要革命。它和相对论共同构成了20世纪以来物理学的基础。

量子力学的应用

1.量子力学推动了核物理和粒子物理的发展。

2.量子力学推动了原子、分子物理和光学的发展。

3.量子力学推动了固体物理的发展。

粒子的波动性

概率波

不确定性关系

高中物理知识点总结

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