(6)--3.1 物质的波粒二象性.pdf

3.1物质的波粒二象性

波尔理论的困难

卢瑟福的质疑：“当电子从一个能态跳到另一个能态时，您必须假

设电子事先就知道它要往哪里跳！”

薛定谔的非难：电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，必须经历一

段时间。在这一段时间里，电子已经离开了E1态，尚未到达E2态，

那时电子处在什么状态呢？！这就是著名的“糟透的跃迁！”

波尔理论的困难：无法解释氦原子光谱；对氢原子光谱的谱线强度

和精细结构无能为力；无法解释原子如何组成分子等等。

什么叫模型？模型就是奥地利的火车时刻表。奥地利的火车经常晚

点，乘客问列车员：“你们干嘛还要时刻表？！”列车员回答：

“有了时刻表你才知道火车的晚点呀！”——韦斯科夫

经典物理中的波和粒子

波和粒子是两种仅有的、又完全不同的能量传播方式。

在经典物理中，无法同时用波和粒子这两个概念去描述同一现象。

粒子可视为质点，具有完全的定域性，其位置、动量可精确测定。

波具有空间扩展性，其特征量为波长和频率，也可精确测定。

光的波粒二象性

1672年，牛顿提出光的微粒说，认为光是由微粒组成。

1678年，惠更斯提出光的波动说（光的直线传播、反射折射定律、

并解释双折射现象）

19世纪初，菲涅尔、夫琅禾费与杨氏等人证实光的干涉和衍射实验

19世纪末，麦克斯韦、赫兹证明光是一种电磁波

1900年，普朗克提出辐射的能量量子说

1905年，爱因斯坦提出光子的能量量子化：=

1917年，爱因斯坦提出光子不仅有能量，而且有动量：=/

,⇔,光的波粒二象性

波动性：干涉、衍射、偏振

微粒性：黑体辐射、光电效应

1923年，康普顿散射实验，再一次体现了光在传播中显示

波动性，在能量转移时显示粒子性的波粒二象性特征。

德布罗意关系式

德布罗意指出任何物体都伴随以波，不可能将物体的运动和

波的传播分拆开来，其波长与粒子的动量满足如下关系：

h

——著名的德布罗意关系式

P

另外自由粒子的能量和所伴随波的频率之间的关系为=ℎ

（法国物理学

家deBroglie这样粒子的特征物理量(能量E和动量P)与波动的特征物理量(频

1892-1987）

率ν和波长λ)关联起来。

德布罗意波的实验验证

1）关于实验方法和观察条件：利用波的干涉和衍射等特征

仪器特征线度（障碍物和孔、缝的尺度）

d波动性显现d波动性隐匿

静质量愈小，波长愈大，容易满足条件。

me0.511MeVc2Ek100eV1.23Å晶体原子间距

1924年deBroglie提出用晶体作光栅观察电子束衍射。

2）戴维孙－革末实验（1927年）

检测器

电子束

54eV电子的物质波经各晶体

50

散射强度原子散射后发生干涉。

d

Ni单晶

1.226

=,=1,2,⋯

实验有力地证明了电子的波动性，

=0.215nm=54eV证明了电子的德布罗意波公式的

=0.776正确性。

理论值=1,=50.9°≈51°

实验值=1,=50°

3）G.P.汤姆逊实验（1927年）

电子束