19-(2)物质波 不确定关系.ppt

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1、19-2物质波不确定关系1爱因斯坦提出了光子概念，建立了E=h的关系后，更使人认识到光是具有波粒二象性的东西。但半经典半量子的玻尔理论存在局限，看来是建立新理论的时候了，但新理论的实验基础是什么呢?波动性：它能在空间表现出干涉、衍射等波动现象，具有一定的波长、频率。19世纪后半期，电磁理论成功地解释了光的干涉、衍射、偏振等现象，建立了光的波动图象。粒子性：是指它具有集中的不可分割的性质。一颗光子就是集中的不可分割的一颗，它具有能量(hν)s、动量、与质量。20世纪初，人们为解释热辐射、光电效应、康普顿效应，又不得不将光当作微粒来处理。光的认识：

2、2德布罗意觉得自然界在很多方面是对称的，但整个世纪以来，人们对光的研究是否过多地注意到了它们的波动性；而对实物粒子（静止质量不为零的微观粒子及由它们组成的实物）的研究，又是否把粒子的图象想得过多而忽咯了它们的波的图象呢？1922年DeBroglie将这种思想进一步升华，在1924年，在他的博士论文“量子论研究”中，大胆地提出了如下假设：不仅辐射具有波粒二象性，而且一切实物粒子也具有波粒二象性。注意：这一假设建立了对实物粒子的一种新的图象，这种图象既允许它表现出微粒性，又允许它表现出波动性。这种波称为“物质波”或“德布罗意波”。一德布罗意假设法国L

3、ousDeBroglie3事实上德布罗意提出以上想法后，也没有被大家接受，直到他的导师朗之万将其论文的复制品交给爱因斯坦，爱因斯坦称赞他“揭开了大幕的一角”才引起学术界的重视，并研究如何从实验上去验证。从经典物理看来，简直是荒谬和不可思议，如此截然不同的图象却集中于一体，很难想象。德布罗意回忆说：“我当时只不过是一种想法，不过尚没有诞生，而且觉得这种想法不敢讲出去”。那什么是德布罗意波呢？4二德布罗意关系式推广：实物粒子也具有波粒二象性，设质量为m，以v匀速运动的粒子也具有频率ν，波长。粒子性波动性（具有能量）（具有频率）（具有动量）（具有波长

4、）h光的波粒二象性5实物粒子：注意：(1)对m0≠0的实物粒子，V是指粒子的速度(群速)，故不存在V=的关系。(2)DeBroglie关系式可解释玻尔H原子理论的定态条件低速V<

5、2分别是多少？经过电压U加速后，电子的动能为EK的单位是eV8三物质波的实验验证戴维逊(Davisson)革末(Germer)实验(1927)电子束电子波衍射图样X射线衍射图样电子双缝干涉图样杨氏双缝干涉图样9戴维孙(Davisson)革末(Germer)实验(1927)当满足2dsin=n，n=1,2,3,…时，应观察到电流I为极大。GNi片（单晶）抽真空UICCCI当，2C,3C…时，实验观察到I为极大！10G.P.汤姆孙（G.P.Thomson）实验（1927）1929年德布罗意获诺贝尔物理奖电子通过金多晶薄膜衍射金多晶薄膜电子束衍射图

6、象1937年戴维孙、G.P.汤姆孙共获诺贝尔物理奖11约恩孙（Jonsson）实验（1961）电子单、双、三、四缝衍射实验：质子、中子、原子、分子…也有波动性。单缝双缝三缝四缝宏观粒子m大，0，表现不出波动性。12实验验证：质子、中子和原子、分子等微观粒子都具有波粒二象性，并都满足德布罗意关系。1993年克罗米等人用扫描隧道显微镜搬动48个Fe原子到Cu表面上构成半径为7.13nm的圆柱形量子围栏。并观察到了围栏内铜表面的电子产生的圆柱形驻波。量子围栏(QuantumCorral)中的驻波13超高真空低能电子衍射扫描隧道显微镜14扫描隧道显微

7、镜中的原子形象15例1求速度v=5×106m/s的α粒子的物质波波长。求m0=0.04Kg的子弹，v=1000m/s物质波的波长。解：解：16例2设光子和电子的波长均为2nm,则它们的动量、动能和总能量各是多少?它们的频率各是多少?解：由于电子和光子的波长相同，所以它们的动量也相同，均为：光子的动能与总能量相同。17电子的动能和总能量不相等，分别计算。电子的总能量由相对论公式，有：可见Pc<

8、产物，用到了确定位置和轨道与动量的概念。就是说总可以通过实验手段精确地测定微观粒子的位置和动量，对具有波粒二象性的微观粒子，这种概念正确