§2[1].1 波函数的统计解释

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1、尹绍全编制乐山师范学院物电系量子力学1本节讲授第二章波函数与薛定谔方程§2.1波函数的统计解释主讲：物电学院副教授尹绍全3Chapter2.ThewavefunctionandSchrödingerEquation2.1波函数的统计解释Wavefunctionanditsstatisticalexplanation2.2态叠加原理Superpositionprinciple2.3薛定谔方程Schrödingerequation2.4粒子流密度和粒子数守恒定律Currentdensityofparticl

2、esandconservationlaws2.5定态薛定谔方程Time-independentSchrödingerequation2.6一维无限深势阱One-dimensionalinfinitepotentialwell2.7线性谐振子Linearharmonicoscillator2.8势垒贯穿Barrierpenetration学习内容4Chapter2.ThewavefunctionandSchrödingerEquation1.理解微观粒子运动状态的描述波函数及其统计解释。2.通过对实验的分

3、析,理解态叠加原理。3.掌握微观粒子运动的动力学方程波函数随时间演化的规律SchrÖdinger方程。4.掌握定态及其性质。5.通过对三个实例的讨论,掌握定态SchrÖdinger方程的求解。学习要求5Chapter2.ThewavefunctionandSchrödingerEquation微观粒子因具有波粒二象性，其运动状态的描述必有别于经典力学对粒子运动状态的描述，即微观粒子的运动状态不能用坐标、速度、加速度等物理量来描述。这就要求在描述微观粒子的运动时，要有创新的概念和思想来统一波和粒子这样两个

4、在经典物理中截然不同的物理图像。§2.1波函数的统计解释1．微观粒子状态的描述德布罗意指出：微观粒子的运动状态可用一个复函数来描述，函数—称为波函数。★描述自由粒子的波是具有确定能量和动量的平面波6Chapter2.ThewavefunctionandSchrödingerEquation★如果粒子处于随时间和位置变化的力场中运动，他的动量和能量不再是常量（或不同时为常量）粒子的状态显然就不能用平面波描写，必须用较复杂的波描写，一般记为称为波函数，描写粒子状态的波函数通常是一个复函数。三个问题？DeBr

5、oglie波§2.1波函数的统计解释（续1）(1)是如何描述粒子的状态呢？(2)如何体现波粒二象性的？(3)描写的是什么样的波呢？7Chapter2.ThewavefunctionandSchrödingerEquationI01XP电子单缝衍射实验2．波函数的统计解释电子源感光屏PPQQO电子小孔衍射实验§2.1波函数的统计解释（续2）8Chapter2.ThewavefunctionandSchrödingerEquation▲两种错误的看法（1）波由粒子组成如水波，声波，由物质的分子密度疏密变化

6、而形成的一种分布。这种看法与实验矛盾，它不能解释长时间单个电子衍射实验：电子一个一个的通过小孔，但只要时间足够长，底片上仍可呈现出衍射花纹。这说明电子的波动性并不是许多电子在空间聚集在一起时才有的现象，单个电子就具有波动性。事实上，正是由于单个电子具有波动性，才能理解氢原子（只含一个电子！）中电子运动的稳定性以及能量量子化这样一些量子现象。§2.1波函数的统计解释（续3）9Chapter2.ThewavefunctionandSchrödingerEquation波由粒子组成的看法仅注意到了粒子性的一面

7、，而抹杀了粒子的波动性的一面，具有片面性。（2）粒子由波组成电子是波包。把电子波看成是电子的某种实际的结构，即电子被看成是三维空间中连续分布的某种物质波包。因此呈现出干涉和衍射等波动现象。波包的大小即电子的大小，波包的群速度即电子的运动速度。§2.1波函数的统计解释（续4）什么是波包？波包是各种波数（长）平面波的迭加。平面波描写自由粒子，其特点是充满整个空间，这是因为平面波振幅与位置无关。如果粒子由波组成，那么自由粒子将充满整个空间，这是没有意义的，与实验事实相矛盾。10Chapter2.Thewave

8、functionandSchrödingerEquation实验上观测到的电子，总是处于一个小区域内。例如一个原子内的电子，其广延不会超过原子大小≈1。电子究竟是什么东西呢？是粒子？还是波？“电子既不是粒子也不是波”，既不是经典的粒子也不是经典的波，但是我们也可以说，“电子既是粒子也是波，它是粒子和波动二重性矛盾的统一。”这个波不再是经典概念的波，粒子也不是经典概念中的粒子。1.有一定质量、电荷等“颗粒性”的属性;2．有确定的运动轨道，每一