大学物理演示(量子)2(赵)2009.pptVIP

* 路易斯。德布罗意（Louis de Broglie 1892-1987)法国物理学家，波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。出身贵族，中学时代显示出文学才华。1910年在巴黎大学获文学学士学位，后来改学理论物理学。他善于用历史的观点，用对比的方法分析问题。 23.5 微观粒子的波粒二象性 1905年，光量子假说 ： 光的波粒二象性 粒子性 波动性 （能量） （频率） （动量） （波长） h 两组力学量通过h来联系 23.5.1、德布罗意假设 L.V. de Broglie （法，1892-1987） 从自然界的对称性出发 认为: 既然光(波)具有粒子性 那么实物粒子也应具有波动性 1924.11.29 德布罗意把 题为“量子理论的研究”的博士论文提交巴黎大学 不仅光具有波粒二象性，而且一切实物粒子(静止质量m0≠0的粒子）也具有波粒二象性。 德布罗意关系式 h 粒子性 波动性 与实物粒子相联系的波称为物质波或德布罗意波 ? -- 德布罗意波长 一个总能量为E（包括静能在内）,动量为 p 的实物粒子同时具有波动性, 且满足 经爱因斯坦的推荐，物质波理论受到了关注，物理学家们纷纷做起了电子衍射实验。 论文答辩会上有人问: “这种波怎样用实验来证实呢？！” 德布罗意答： “用电子在晶体上的衍射实验可以证实。” 爱因斯坦对此论文高度评价为： “他揭开了自然界舞台上巨大帷幕的一角！” 实验证实了德布罗意的想法，为此他获得了1929年的诺贝尔物理学奖。 德布罗意指出:用电子在晶体上的衍射实验 可以证明物质波的存在 U =100V 时，? = 0.123nm 电子的波长： 设加速电压为U （单位为伏特） （电子v c） 电子波波长与 X 射线波长相当 23.5.2 德布罗意波的实验验证 当 2d sin? = k? （k = 1，2?）时， 可观察到 I 的极大。 G Ni单晶片 抽真空 U I C C C I 即当 ，2C, 3C…时， 可观察到电流 I 的极大（即衍射极大）。 1. 戴维逊—革末实验（1927年） 2. G.P.汤姆逊（1927年） 电子通过金多晶薄膜的衍射实验 3.琼森(Jonsson)实验（1961） 基本数据 大量电子的单、双、三、四缝衍射实验 后来实验又验证了：质子、中子和原子、分子等实物粒子都具有波动性，并都满足德布罗意关系。 质量 m = 0.001kg，速度 v = 300 m/s 的质点（子弹） 电子 实验难以测量 宏观物体只表现出粒子性 玻尔的氢原子轨道 + H 物质波的波速 u 并不等于相应粒子的运动速度V，它们之间的关系是 证明： 波速为 德布罗意公式 两式相乘得 而物质波 注意1 注意2 光波的波速等于光子的运动速度，两者都等于c 。 光波 有些情况下，由粒子的动能求德布罗意波长 pc E0 E ?相对论情况 ?非相对论情况 hc h 2 0 2 E E p - = = l 注意3 1.经典粒子 是某种实在物理量随时间和空间作周期性变化，满足叠加原理，可产生干涉、衍射等现象 具有确定的质量,其运动规律遵循牛顿定律。 2.经典波 经典意义下的粒子和波 给定初始条件，其位置、动量及运动轨迹等就具有确定的数值。 三. 对波粒二象性的理解 怎样理解微观粒子既是粒子又是波? ── 电子看作是波包 而电子是稳定的 。 ? 波是基本的 波包要扩散、消失， ── 波是大量电子相互作用形成的 ? 粒子是基本的 单电子的双缝衍射实验：（1949前苏联 费格尔曼） 7个电子 100个电子 底片上出现一个个的点子 ?电子具有粒子性。 “单个电子”的波动性， ? 来源于 而不是电子间相互作用的结果。 随着电子数目增多，逐渐形成衍射图样 3000个 20000个 70000个 弱电子流 长时间“曝光” 强电子流 短时间“曝光” 相同的衍射花样 波动性是单个粒子的本征属性 “一个电子”就具有的波动性， 电子波并不是电子间相互作用的结果。 但在一定条件下（如双缝），它在空间某处出现的概率是可以确定的。 尽管单个电子的去向具有不确定性， 1.粒子性 指它与物质相互作用的“颗粒性”或“整体性”。 但不是经典的粒子！在空间以概率出现。 没有确定的轨道 应摒弃“轨道”的概念！ 正确理解微观粒子的波粒二象性 2. 波动性 指它在空间传播有“可叠加性”， 有“干涉”、“衍射”、等现象。 但不是经典的波！因为它不代表实在物理量的波动。 四.微观粒子波动性的应用 ▲电子显微镜---- 我国1965年--50万倍，后来--80万倍大型电子显微镜。 现在的电子显微镜放大倍数已超过100万倍 显微镜分辨本领： 德国人鲁斯卡（1932）--20万