12-2物质波不确定关系.ppt

1-3　相对运动 第一章 质点运动学 物理学 第五版 物理学 第五版 第十五章 量子物理 15-6 德布罗意波 实物粒子的二象性 物理学 第五版 第十五章 量子物理 15-7 不确定关系 物理学 第五版 第十五章 量子物理 第十五章补充例题 物理学 第五版 一 物质波 “整个世纪以来，在辐射理论上，比起波动的研究方法来，是过于忽略了粒子的研究方法； 在实物理论上，是否发生了相反的错误呢 ？ 是不是我们关于‘粒子’的图像想得太多，而过分地忽略了波的图像呢？” 法国物理学家 1924年在他的博士论文《关于量子理论的研究》中提出把粒子性和波动 性统一起来. 为量子力学 的建立提供 了物理基础. 德布罗意（1892 — 1987） 思想方法 自然界在许多方面都是明显地对称的，德布罗意采用类比的方法提出物质波的假设 . 德布罗意假设：实物粒子具有波粒二象性 粒子性 波动性 德布罗意公式 这种波称为德布罗意波或物质波 注 意 若 则 (1)若 则 (2)宏观物体的德布罗意波长小到实验难以测量的程度，因此宏观物体仅表现出粒子性. 例1 一束电子中，电子的动能 ，求此电子的德布罗意波长 . 解 此波长的数量级与 X 射线波长的数量级相当. 例2 从德布罗意波导出氢原子玻尔理论中角动量量子化条件. 解 两端固定的弦，若其长度等于波长则可形成稳定的驻波. 将弦弯曲成圆时 电子绕核运动其德布罗意波长为 角动量量子化条件 物质波的实验证明 1 戴维孙 - 革末电子衍射实验（1927年） 35 54 75 当散射角 时 电流与加速电压曲线 检测器 电子束 散射线 电子被镍晶体衍射实验 M K 电子枪 电子束在单晶晶体上反射的实验结果符合X射线衍射中的布拉格公式. 相邻晶面电子束反射射线干涉加强条件: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 镍晶体 电子波的波长 当 时， 与实验结果相近. 电子束透过多晶铝箔的衍射 K 2 G . P . 汤姆孙电子衍射实验 ( 1927年 ) 电子束穿越多晶薄片时出现类似X射线在多晶上衍射的图样. 应用举例 1932年鲁斯卡成功研制了电子显微镜 ; 1981年宾尼希和罗雷尔制成了扫描隧穿显微镜. 经典粒子 不被分割的整体，有确定位置和运动轨道 . 　 经典的波 某种实际的物理量的空间分布作周期性的变化，波具有相干叠加性 . 二 象 性 要求将波和粒子两种对立的属性统一到同一物体上 . 二 实物粒子的波粒二象性 单个粒子在何处出现具有偶然性;大量粒子在某处出现的多少具有规律性. 粒子在各处出现的概率不同. 1 从粒子性方面解释 电子束 狭缝 电子的单缝衍射 电子密集处，波的强度大；电子稀疏处，波的强度小. 2 从波动性方面解释 电子束 狭缝 电子的单缝衍射 在某处德布罗意波的强度与粒子在该处附近出现的概率成正比 . 3 结论(统计解释) 1926 年玻恩提出，德布罗意波为概率波. 三 不确定关系 一级最小衍射角 电子经过缝时的位置不确定 用电子衍射说明不确定关系 电子的单缝衍射实验 海森伯(W.K.Heisenberg，1901—1976） 1927年提出“不确定关系”，为核物理学和（基本）粒子物理学准备了理论基础；于1932年获得诺贝尔物理学奖. 德国理论物理学家. 建立了新力学理论的数学方案，为量子力学的创立作出了最早的贡献. 电子经过缝后 x 方向动量不确定 电子的单缝衍射实验