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1、实验表明：一切物体是以电磁波的形式向外辐实验表明：一切物体是以电磁波的形式向外辐射能量。射能量。辐射的能量与温度有关，称之为辐射的能量与温度有关，称之为热辐射热辐射。单位时间、从物体表面单位面积上所辐射出单位时间、从物体表面单位面积上所辐射出的波长在的波长在 附近，单位波长间隔中的能量。附近，单位波长间隔中的能量。1.热辐射的两个基本物理量热辐射的两个基本物理量(1)(1)、单色辐出度、单色辐出度( (或单色辐射本领或单色辐射本领) )第一节第一节黑体辐射黑体辐射普朗克量子假设普朗克量子假设量量子子物物理理基基础础一一. . 热辐射热辐射 绝对绝对黑体辐射定律黑体辐射定律 单位时间、从物体表面
2、单位面积上所辐射出的各单位时间、从物体表面单位面积上所辐射出的各种波长电磁波的总能量。种波长电磁波的总能量。2、基尔霍夫辐射定律、基尔霍夫辐射定律(1)绝对黑体绝对黑体在任意温度下对投射到它上面的任何波长在任意温度下对投射到它上面的任何波长的电磁波全部吸收的物体的电磁波全部吸收的物体. .可看成表面积为孔面积的绝对黑体可看成表面积为孔面积的绝对黑体(2)、辐射出射度、辐射出射度(或总或总辐射本领辐射本领) )3.绝对黑体的辐射定律绝对黑体的辐射定律(1)(1)、斯忒藩、斯忒藩(1879(1879年年)-)-玻耳兹曼定律玻耳兹曼定律(1884 (1884 年年) )(2)(2)基尔霍夫辐射定律基
3、尔霍夫辐射定律(1860年年)在在同样的温度下同样的温度下, ,各种不同物体对各种不同物体对相同波长相同波长的的单色辐出度与单色吸收比之比都相等单色辐出度与单色吸收比之比都相等, ,就就等于该温度下黑体对同一波长的单色辐出度等于该温度下黑体对同一波长的单色辐出度1700k1500k1300k(2)维恩位移定律（维恩位移定律（1893年）年）黑体黑体平行平行光管光管平行平行光管光管三棱镜三棱镜热电偶热电偶透镜透镜4、热辐射规律的应用、热辐射规律的应用(光测高温光测高温,遥感遥感,红外追红外追踪踪)二二. .普朗克的能量子假说普朗克的能量子假说1 1 、经典物理遇到的困难、经典物理遇到的困难只适于
4、长波，有所谓的只适于长波，有所谓的“紫外灾难紫外灾难”瑞利瑞利-金斯金斯维恩理论值维恩理论值实验实验T=1646k 维恩根据经典热力学得出：（维恩根据经典热力学得出：（1893年年） 瑞利和金斯用能量均分定理、瑞利和金斯用能量均分定理、电磁理论得出（电磁理论得出（19001900年）年）2、普朗克能量子假说、普朗克能量子假说* * 辐射物体中的分子或原子可看成带电的线性谐辐射物体中的分子或原子可看成带电的线性谐振子，其能量只能取特定的分立值：振子，其能量只能取特定的分立值： 其中其中 = =h h 为为能量的最小单元，称能量的最小单元，称为能量子。为能量子。h=h=6.6266.626 101
5、0-34-34焦耳焦耳 秒）秒）* *振子只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收振子只能一份一份地按不连续方式辐射或吸收能量。能量。按玻耳兹曼的统计方法，从理论上推出：按玻耳兹曼的统计方法，从理论上推出：实验实验瑞利瑞利-琼斯琼斯维恩理论值维恩理论值T=1646k瑞利瑞利-琼斯琼斯普朗克能量子假说不普朗克能量子假说不仅圆满地解释了绝对仅圆满地解释了绝对黑体的辐射问题，还黑体的辐射问题，还解释了固体的比热问解释了固体的比热问题等等题等等 . 它成为现代它成为现代理论的重要组成部分。理论的重要组成部分。普朗克理论值普朗克理论值第二节第二节 光的量子性光的量子性一、光电效应一、光电效应 爱因斯坦方程爱
6、因斯坦方程UGKA1. 1. 爱因斯坦方程爱因斯坦方程 光子学说光子学说 (1)(1)、爱因斯坦的光子学说爱因斯坦的光子学说&一个频率为一个频率为的光子具有的光子具有能量能量&能流密度（即光强）：能流密度（即光强）：光强不仅与单位时间、单位面积上接收的光光强不仅与单位时间、单位面积上接收的光子数子数 n 有关有关，还与频率有关。还与频率有关。(2)、爱因斯坦光电效应方程、爱因斯坦光电效应方程( (A A 称为称为逸出功逸出功，只，只与金属性质有关。与金属性质有关。) )第一定律：第一定律：(保持入射保持入射光的频率不变光的频率不变)饱和光电饱和光电流与入射光强度成正比。流与入射光强度成正比。&
7、遏止电压遏止电压（截止电压）（截止电压）UaUI0频率不变时频率不变时ISUa光强强光强强光强弱光强弱2.2.光电效应的实验规律光电效应的实验规律 第二基本定律：第二基本定律：光电子的初动能与入射光光电子的初动能与入射光的频率呈线性关系；的频率呈线性关系；而与入射光的强度无关而与入射光的强度无关。红限（或截止频率）红限（或截止频率）第三基本定律：第三基本定律：当光照射某一给定金属时当光照射某一给定金属时，无论光强如何，如果入射光的频率小于某一无论光强如何，如果入射光的频率小于某一极限频率（极限频率（红限）红限），就不会产生光电效应。，就不会产生光电效应。光电效应具有瞬时性，即响应速度很快，光电
8、效应具有瞬时性，即响应速度很快，1010-9-9秒。秒。波动性波动性粒子性粒子性密立根密立根1916年的实验，证实了光子论的年的实验，证实了光子论的正确性，并求得正确性，并求得h=6.57 10-34焦耳焦耳秒。光秒。光的波动性和粒子性的波动性和粒子性(即光具有波粒二象性即光具有波粒二象性 )是通过普朗克常数联系在一起的。是通过普朗克常数联系在一起的。光的波动说缺陷光的波动说缺陷 初动能与光强是否有关初动能与光强是否有关 有关红限问题有关红限问题 光电效应所需的时间光电效应所需的时间 3 3 、光电效应在近代技术中的应用、光电效应在近代技术中的应用光控继电器光控继电器、自动控制、自动控制、自动
9、计数、自动报警等自动计数、自动报警等. .放大器放大器接控件机构接控件机构光光光控继电器示意图光控继电器示意图光电倍增管光电倍增管光电倍增管原理简介光电倍增管原理简介 光照微弱时常用倍增管使光照微弱时常用倍增管使电流放大电流放大(如微光夜视仪如微光夜视仪)。 倍增管的阴极由倍增管的阴极由银镁合银镁合金金等材料制成，等材料制成，光照时产生光光照时产生光电子电子,电子轰击另一阴极时产生电子轰击另一阴极时产生次级电子次级电子，连同原来电子使光，连同原来电子使光电流放大。电流放大。 倍增阴极有很多，光电流倍增阴极有很多，光电流可以增大到可以增大到 倍。倍。 例例1. 1. 用频率为用频率为 1 1 的
10、单色光照射某种金属的单色光照射某种金属时，测得饱和电流为时，测得饱和电流为I I1 1，以频率为，以频率为 2 2 的单的单色光照射该金属时，测得饱和电流为色光照射该金属时，测得饱和电流为I I2 2，若若I I1 1 I I2 2，则，则 (A) (A) 1 1 2 2 (B) (B) 1 1 2 2 (C) (C) 1 1 = = 2 2 (D) (D) 1 1与与 2 2的关系还不能确定的关系还不能确定 DD1、康普顿效应实验规律、康普顿效应实验规律X射线射线7.1nm探测器探测器CA1A2WBS石墨晶体石墨晶体准直系统准直系统散射角散射角I =0o I =45oI =90oI =135
11、o 0二二. . 康普顿效应康普顿效应(19221923(19221923年年) )波长变长的散射称为康普顿散射波长变长的散射称为康普顿散射波长不变的散射称为正常散射波长不变的散射称为正常散射 波长的增加量波长的增加量 与散射角与散射角 有关。而与有关。而与散射物质的性质无关，与入射光波长也无关。散射物质的性质无关，与入射光波长也无关。 康普顿散射的强度与散射物质有关。原子量小康普顿散射的强度与散射物质有关。原子量小的散射物质，康普顿散射较强，即第二个峰较高。的散射物质，康普顿散射较强，即第二个峰较高。原子量大的散射物质，康普顿散射较弱，即第二原子量大的散射物质，康普顿散射较弱，即第二个峰较低
12、。个峰较低。按经典电磁理论只能说明有正常散射存在，即按经典电磁理论只能说明有正常散射存在，即散射光的波长与入射光波长相等。而无法解释有散射光的波长与入射光波长相等。而无法解释有 存在存在2 2、按光子学说对康普顿散射的定性解释、按光子学说对康普顿散射的定性解释3 3、按光子学说对康普顿散射的定量解释、按光子学说对康普顿散射的定量解释系统能量守恒：系统能量守恒：系统动量守恒：系统动量守恒：自由自由电子电子me（要考虑相对论效应）（要考虑相对论效应）（1）（2）康普顿波长康普顿波长该式说明了该式说明了 与散射物质无关，与散射物质无关，与入射光波长也与入射光波长也无关。无关。康普顿散射进一步证实了光
13、子论，证明了光子能康普顿散射进一步证实了光子论，证明了光子能量、动量表示式的正确性，光确实具有波粒两象性量、动量表示式的正确性，光确实具有波粒两象性.另外证明在光电相互作用的过程中严格遵守能量、另外证明在光电相互作用的过程中严格遵守能量、动量守恒定律。动量守恒定律。例：用例：用 的的X X射线和射线和 的可见光分别作康普顿实验，当它们的散射角均的可见光分别作康普顿实验，当它们的散射角均为为 时，求（时，求（1 1）（2 2）光子与电子碰撞时损失的能量光子与电子碰撞时损失的能量( (即反冲电子即反冲电子动能动能) )有多大？有多大？解：解：X X射线：射线：可见光：可见光： 应该用短波来进行康普
14、顿散射实验应该用短波来进行康普顿散射实验4 4 、对散射线中具有波长不变的解释、对散射线中具有波长不变的解释如碳原子如碳原子M M22080 m22080 me e?原子量小的原子中电子束缚得较弱，光子与自原子量小的原子中电子束缚得较弱，光子与自由电子的碰撞占优势，故康普顿效应显著。由电子的碰撞占优势，故康普顿效应显著。(此此时时波长为波长为 的散射光强度较强的散射光强度较强）?原子量大的原子中电子束缚得较紧，光子与整原子量大的原子中电子束缚得较紧，光子与整个原子的碰撞占优势，故康普顿效应不显著。个原子的碰撞占优势，故康普顿效应不显著。(此时此时波长为波长为 0 0的散射光强度较强的散射光强度
15、较强）第三节第三节玻尔的氢原子理论玻尔的氢原子理论一一.氢原子光谱的实验规律氢原子光谱的实验规律巴尔末公式（巴尔末公式（18851885年）年） 谱线是线状分立的谱线是线状分立的连连续续6562.1（红色）（红色）3645.7A04860.7（绿色）（绿色）4340.1（蓝色）（蓝色）H H 4101.2（紫色）（紫色）（线系限）（线系限）B=3645.7B=3645.7A0里德伯常数里德伯常数R=4/B=1.0967758107m-1紫外区紫外区赖曼系赖曼系(1914(1914）近红外区近红外区帕邢系帕邢系（1908）红外区红外区布喇开系布喇开系（1922）红外区红外区普丰德系普丰德系（19
16、24） 对于确定的对于确定的 k k, n=k+1,k+2, n=k+1,k+2,组成一个组成一个线系线系; ;不同的不同的k k构成不同的谱线系构成不同的谱线系光谱项光谱项广义巴耳末公式广义巴耳末公式里兹并合原理里兹并合原理盖革（德国）和马斯登盖革（德国）和马斯登 （新西兰）于（新西兰）于19091909年进年进 行了行了 粒子散射实验粒子散射实验二二. .原子的核型结构与经典理论的困难原子的核型结构与经典理论的困难J.JJ.J汤姆逊（汤姆逊（J.J.Thomson1904J.J.Thomson1904年）提出年）提出“西瓜模型西瓜模型”1.1.原子的核型结构原子的核型结构闪铄屏闪铄屏金箔金
17、箔放射源放射源 射线射线卢瑟福核型结构卢瑟福核型结构正电正电电子电子 卢瑟福说：卢瑟福说：“为什么不派他去搞清楚为什么不派他去搞清楚 粒粒子能不能作大角度散射的问题？说句心里话，子能不能作大角度散射的问题？说句心里话，我自己也不太相信这种效应是可能的我自己也不太相信这种效应是可能的”。 “ “就好象用一个就好象用一个1515英寸的炮弹去轰击一英寸的炮弹去轰击一张卷烟纸，而炮弹从纸上反弹回来，并击张卷烟纸，而炮弹从纸上反弹回来，并击中射击者中射击者”。80008000个个 粒子中，约有粒子中，约有1 1个个 粒子散射角大于粒子散射角大于90900 0（19111911年）卢瑟福提出了原子的有核模
18、型或年）卢瑟福提出了原子的有核模型或称行星模型称行星模型原子核原子核1010-15 -15 m m原子原子1010-10 -10 m m 为什么用卢瑟福的有核模型能解释为什么用卢瑟福的有核模型能解释 粒子粒子散射实验，而用汤姆逊原子模型不能解释散射实验，而用汤姆逊原子模型不能解释大角散射现象大角散射现象 无法解释原子的稳定性无法解释原子的稳定性2.2.经典理论面临的困难经典理论面临的困难无法解释原子光谱的不连续性无法解释原子光谱的不连续性三、玻尔的氢原子理论三、玻尔的氢原子理论丹麦物理学家。丹麦物理学家。19111911年赴英国剑桥大学。年赴英国剑桥大学。在汤姆逊的指导下，跟在汤姆逊的指导下，
19、跟卢瑟福搞科研。参加第卢瑟福搞科研。参加第一颗原子弹的制造。一颗原子弹的制造。3737岁获诺贝尔奖。岁获诺贝尔奖。1.1.玻尔理论的玻尔理论的基本假设基本假设A、定态假设定态假设:原子系统存在一系列原子系统存在一系列不连续的不连续的能量状态能量状态，原子中电子只能在一定轨道上绕原子中电子只能在一定轨道上绕核作圆周运动，但核作圆周运动，但不辐射能量不辐射能量。C.C.轨道角动量量子化假设轨道角动量量子化假设B B、频率假设频率假设: :原子从一高能量原子从一高能量E En n的定态的定态向另向另一低能量一低能量E Ek k 的定态的定态跃迁时，辐射一个光子跃迁时，辐射一个光子, ,反之吸收一个光
20、子反之吸收一个光子 。 ( (跃迁频率条件跃迁频率条件) )（n为正整数，称为量子数为正整数，称为量子数.其中角动量其中角动量L=mvr）2、氢原子轨道半径和能量的计算：、氢原子轨道半径和能量的计算：第一玻尔轨道半径第一玻尔轨道半径氢原子轨道半径氢原子轨道半径（是（是量子化量子化的！）的！）E E1 1=-13.6eV=-13.6eV氢原子光谱氢原子光谱氢原子能级氢原子能级氢原子氢原子基态能级基态能级基态氢原子的电离能基态氢原子的电离能(氢原子发光机制是能级间的跃迁氢原子发光机制是能级间的跃迁)氢原子动能氢原子动能R实验值实验值=1.096776107m-1654赖曼系赖曼系(紫外光区紫外光区
21、)巴耳末系巴耳末系(可见光区可见光区)帕邢系帕邢系(近红外光区近红外光区)布喇开系布喇开系(红外光区红外光区)3-1.51eV2 3.39eV1 13.6eV氢原子能级图氢原子能级图连续区连续区汞原子线光谱汞原子线光谱04.99.814.7100200300IPU0AV夫琅克赫兹夫琅克赫兹实验装置（实验装置（1914）K KG G A A四四. . 对玻尔理论的评价：对玻尔理论的评价：成功地解释成功地解释了原子的稳定性原子的稳定性、大小及氢原大小及氢原子光谱的规律性子光谱的规律性;他提出的他提出的定态假设定态假设和能级和能级跃迁决定谱线跃迁决定谱线频率的假设频率的假设,在现代量子力学在现代量子
22、力学理论中仍然是两个最重要的基本概念理论中仍然是两个最重要的基本概念玻尔理论的局限性玻尔理论的局限性理论的功能方面理论的功能方面：不能解释稍微复杂的问不能解释稍微复杂的问题题 ( (如如: :无法解释光谱线的精细结构及光谱无法解释光谱线的精细结构及光谱线的强度线的强度) )理论本身的和谐性方面理论本身的和谐性方面：即要用到经典物理：即要用到经典物理的基本定律的基本定律（把电子看作是一把电子看作是一经典粒子经典粒子，推，推导中应用了牛顿定律，使用了轨道的概念导中应用了牛顿定律，使用了轨道的概念 ），又须作出一些与经典物理格格不入的基本假又须作出一些与经典物理格格不入的基本假设设（角动量量子化的假
23、设以及电子在稳定角动量量子化的假设以及电子在稳定轨轨道上运动时不辐射电磁波）道上运动时不辐射电磁波）。正是这些困难，迎来了物理学的大革命正是这些困难，迎来了物理学的大革命例例1 1：计算氢原子中的电子从量子数：计算氢原子中的电子从量子数n n的状态跃迁到的状态跃迁到量子数量子数k=n-1k=n-1的状态时所发射的谱线的频率。试证的状态时所发射的谱线的频率。试证明当明当n n很大时，这个频率等于电子在量子数很大时，这个频率等于电子在量子数n n的圆轨的圆轨道上绕转的频率道上绕转的频率解：谱线的频率解：谱线的频率当当n n很大时很大时电子绕转频率电子绕转频率 在量子数很大的情况下，量子理论得到与在
24、量子数很大的情况下，量子理论得到与经典理论一致的结果，这是一个普遍原则，经典理论一致的结果，这是一个普遍原则，称为称为对应原理对应原理例例2.2.试计算激发氢原子所需要的最小能量试计算激发氢原子所需要的最小能量解：解：例例3:3:试计算氢原子中巴耳末系的最短波长和试计算氢原子中巴耳末系的最短波长和最长波长各是多少？最长波长各是多少？解：最长波长应是解：最长波长应是n=3n=3n=2 n=2 跃迁的光子，即跃迁的光子，即最短波长应是最短波长应是n=n=n=2 n=2 跃迁的光子，即跃迁的光子，即注意：先将单位全部换算成国际单位注意：先将单位全部换算成国际单位例例 4 4：在气体放电管中，用能量为
25、：在气体放电管中，用能量为12.112.1eVeV 的电子轰击处于基态的氢原子，使之激发，的电子轰击处于基态的氢原子，使之激发，在自发辐射中，可能发射谱线的数目及所属在自发辐射中，可能发射谱线的数目及所属的线系。的线系。解：解：n=2n=3n=1赖曼系赖曼系巴尔末系巴尔末系德布罗意德布罗意(1892-1960)：法国人，法国人，原来从事历史研究，原来从事历史研究，受其兄影响，改学受其兄影响，改学物理，物理，19241924年获博年获博士学位，士学位，19291929年获年获诺贝尔物理奖。诺贝尔物理奖。19321932年任巴黎大学年任巴黎大学物理教授，物理教授，19331933年年被选为法国科学
26、院被选为法国科学院院士。院士。第四节第四节 粒子的波动性粒子的波动性一、物质波的提出一、物质波的提出光的波粒光的波粒二象性二象性波波动动性性粒粒子子性性德布罗意的思路德布罗意的思路 “实物粒子有质量，实物粒子有质量， 质量就是能量质量就是能量 ， 能量含有频率能量含有频率 ， 频率即为脉动频率即为脉动 ， 脉动好像光子脉动好像光子 ， 光子伴有光波光子伴有光波 ， 则必有实物波存在！则必有实物波存在！ ” 1. 德布罗意的德布罗意的物质波的假设物质波的假设：一个运动的实物粒子总是与一个波动相联一个运动的实物粒子总是与一个波动相联系着的系着的.德布罗意关系式德布罗意关系式爱因斯坦誉之为：爱因斯坦
27、誉之为：“揭开一幅大幕的一角揭开一幅大幕的一角”电子电子在电压在电压U的加速下的加速下若若质子质子在电压在电压U的加速下的加速下例例1 1：电子在：电子在U U150 V 150 V 电压加速下，对应的电压加速下，对应的德布罗意波长为：德布罗意波长为：电子在电子在U U15000 V 15000 V 电压加速下，对应的德电压加速下，对应的德布罗意波长为：布罗意波长为：例例2 2：在宏观上，如飞行的子弹：在宏观上，如飞行的子弹 m=10m=10-2 -2 kg kg ，速度，速度V=5.0V=5.0 10102 2 m/s , m/s , 对应对应的德布罗意的德布罗意波波长长为：为：太小测不到！
28、太小测不到！由物质波概念由物质波概念, ,可得出玻尔可得出玻尔的轨道量子化条件的轨道量子化条件48个个Fe原子形成原子形成“量子围栏量子围栏”，围栏中的电子形成驻波，围栏中的电子形成驻波. .IU镍镍d=9.1 10-11m当当U54V时，出现电流峰值时，出现电流峰值2.2.戴维逊和革末的电子衍射实验（戴维逊和革末的电子衍射实验（19271927年）年）G镍单晶镍单晶A集集电电器器屏屏P P多晶多晶薄膜薄膜高压高压栅极栅极阴极阴极电子不仅在反射时有衍射现电子不仅在反射时有衍射现象，象， G.P.汤姆逊汤姆逊(1927(1927年年) )实实验证明了电子在穿过金属片后验证明了电子在穿过金属片后也
29、象也象X X射线一样产生衍射现象。射线一样产生衍射现象。( (戴维逊和汤姆逊因验证电子的波动戴维逊和汤姆逊因验证电子的波动 性分享性分享19371937年的物理学诺贝尔奖金年的物理学诺贝尔奖金) )电子的衍射实验证明了德布电子的衍射实验证明了德布罗意关系的正确性。罗意关系的正确性。单晶的劳埃相单晶的劳埃相 多晶的德拜相多晶的德拜相电子波长比可见光波长小电子波长比可见光波长小10-310-5数量级，数量级，从从而可大大提高电子显微镜的分辨率。而可大大提高电子显微镜的分辨率。我国已制成我国已制成80万倍的电子显微镜，最万倍的电子显微镜，最小分辨距离为小分辨距离为1.44，能分辨大个分子能分辨大个分
30、子电子显微镜：电子显微镜：1987年进口年进口25万万$透射电子显微镜透射电子显微镜（TEM）技术性能技术性能:最高加速电压：最高加速电压：200kv最小分辨距离为最小分辨距离为：4.5应用范围应用范围:主要应用于金属等材料的微观组织与结构分析主要应用于金属等材料的微观组织与结构分析安工大安工大扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜（最小分辨最小分辨距离为距离为一个原子的线度一个原子的线度）二、德布罗意波的统计解释：二、德布罗意波的统计解释： 在某处德布罗意波的强度是与粒子在该处邻近在某处德布罗意波的强度是与粒子在该处邻近出现的概率成正比出现的概率成正比.光的光的衍射衍射图样图样光波光波：衍射图样亮处，
31、波的强度大：衍射图样亮处，波的强度大.光子在某处附近出现的概率是与该处波的强光子在某处附近出现的概率是与该处波的强 度成正比的度成正比的电子流大处，电子到达该处附近的概率大电子流大处，电子到达该处附近的概率大;光子光子：亮处，光子到达该处附近的概率大：亮处，光子到达该处附近的概率大.电子衍电子衍射图样射图样电子流大处，波的强度也大。电子流大处，波的强度也大。(德布罗意波的统计解释德布罗意波的统计解释)机械波是机械振动在空间传播，机械波是机械振动在空间传播，德布罗意波德布罗意波是是对微观粒子运动的统计描述对微观粒子运动的统计描述。屏屏幕幕长时间积累后累后出出现衍射衍射图样电子一个一个子一个一个地
32、通地通过单缝微观粒子微观粒子的运动要由概率波来描述，概率波只能的运动要由概率波来描述，概率波只能给出粒子在各处附近出现的概率。即：给出粒子在各处附近出现的概率。即：微观粒子微观粒子任意时刻不具有确定的位置和确定的动量。任意时刻不具有确定的位置和确定的动量。第五节第五节 不不 确确 定定 关关 系系X方向电子的位置不准确量为：方向电子的位置不准确量为：一、电子的单缝衍射一、电子的单缝衍射电子束电子束x缝缝衍射图样衍射图样y y电子束电子束x缝缝屏屏幕幕考虑到在中央明纹之外还有电子出现，故：考虑到在中央明纹之外还有电子出现，故：动量沿动量沿X方向分量方向分量px 的不确定量为：的不确定量为：这就是
33、著名的这就是著名的海森伯不确定关系式海森伯不确定关系式上述讨论只是反映不确定关系的实质，并不表示准上述讨论只是反映不确定关系的实质，并不表示准确的量值关系确的量值关系. .量子力学严格证明给出：量子力学严格证明给出：x x 表示粒子在表示粒子在 x x 方向上的位置不确定方向上的位置不确定范围，范围， p px x 表示在表示在 x x 方向上动量的不确方向上动量的不确定范围，定范围，该式表示该式表示: :对于微观粒子，不可能对于微观粒子，不可能同时同时用确定的坐标和确定的动量来描述。用确定的坐标和确定的动量来描述。二、不确定关系的物理意义二、不确定关系的物理意义 不确定关系不确定关系是自然界
34、的客观规律，是自然界的客观规律，是实物粒子具是实物粒子具有波粒二象性的必然反映有波粒二象性的必然反映, ,不是测量技术和主观能不是测量技术和主观能力的问题。力的问题。例例1 1：一电子具有：一电子具有200 200 m/s m/s 的速率，动量的不确定的速率，动量的不确定范围为动量的范围为动量的0.01% 0.01% ，则该电子的位置不确定范，则该电子的位置不确定范围有多大？围有多大？解：解：电子的动量为电子的动量为动量的不确定范围为动量的不确定范围为电子位置的不确定范围为电子位置的不确定范围为 电子位置的不确定范围甚至比原子的大小还要电子位置的不确定范围甚至比原子的大小还要大几亿倍。大几亿倍
35、。例例2 2：小球质量：小球质量 m=10m=10-3-3千克，速度千克，速度V=10V=10-1-1 米米/ /秒，秒，x=10x=10-6-6 米，则速率的不确定范围为多大？米，则速率的不确定范围为多大？不确定关系对宏观物体来说不确定关系对宏观物体来说, ,实际上是不起实际上是不起作用的作用的解：解：不确定关系不确定关系可以用来判别系统行为究竟应可以用来判别系统行为究竟应该用经典力学来描写还是用量子力学来描写该用经典力学来描写还是用量子力学来描写时间和能量之间也有不确定关系时间和能量之间也有不确定关系1974年美籍华裔物理学家丁肇中教授年美籍华裔物理学家丁肇中教授与以与以里希特里希特（B.
36、Richter）为首的另一个科研小组为首的另一个科研小组各自独立地在美国布鲁克海文国家实验室和斯各自独立地在美国布鲁克海文国家实验室和斯坦福大学的高能加速器上做实验，发现了一种坦福大学的高能加速器上做实验，发现了一种新的粒子新的粒子-“J-粒子粒子”。此粒子的静质量很大，。此粒子的静质量很大，在很短的时间内就衰变成更小的其他粒子。实在很短的时间内就衰变成更小的其他粒子。实验测得此粒子能量的不确定量为验测得此粒子能量的不确定量为用上述能量时间不确定关系，可以算出粒子寿用上述能量时间不确定关系，可以算出粒子寿命的不确定量为：命的不确定量为：与实验结果比较，符合得很好。与实验结果比较，符合得很好。丁肇中教授因丁肇中教授因J粒子的发现荣获粒子的发现荣获1976年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖。
