量子物理16.5波粒二象形不确定关系.pptVIP

假设: 实物粒子具有 波粒二象性，物质波的波长和频率由下式决定 波动性 ( ? , v) 粒子性 (m , p) 光 + + 实物粒子 ? + 一. 德布罗意假设(1924年) §16.5 微观粒子的波粒二象性  不确定关系 频率 波长 波长满足驻波条件 2πr＝nλ时，处于定态的电子不輻射出电磁波。 + - 玻尔氢原子理论角动量量子化假设 德布罗意假设 德布罗意假对玻尔氢原子理论的解释 革末—戴维孙电子散射实验(1927年)，观测到电子衍射现象。 X射线 电子束 （波长相同） 衍射图样 电子双缝干涉图样 物质波的实验验证： 杨氏双缝干涉图样 中子衍射 计算经过电势差 U1 =150 V 和 U2 =104 V 加速的电子的德布罗意波长（不考虑相对论效应）。 例 解 根据 ，加速后电子的速度为 根据德布罗意关系 p = h /λ，电子的德布罗意波长为 波长分别为 说明 观测仪器的分辨本领 电子波波长 光波波长 电子显微镜分辨率远大于 光学显微镜分辨率 观测到两组金原子晶体通过“毫微桥”进行连接，每个金原子彼此之间相连，可以看到个别金原子的位置改变。 美国国家能源部电子显微镜部TEAM 0.5显微镜 组装中的TEAM 0.5 表1 微小对象的尺度和相应的观测方法 观测对象 尺度 (cm) 探针能量 实验工具 细胞/细菌 10-3~10-5 0.1~10eV 光学显微镜 分子 ~10-7 ~1keV 电子显微镜 原子 ~10-8 ~ 10keV 同步辐射等 原子核 ~10-12 100MeV 低中能加速器 强子 ~10-13 1 GeV 高能加速器 夸克、轻子 10-16 1TeV 对撞机 用加速器作为“显微镜”研究物质微观结构，其分辨能力λ (德 波罗意波长）与作为“探针”的粒子束流的能量E 相关： β为相对论速度，当粒子速度接近光速时β ≈1 二. 不确定关系 1. 动量 — 坐标的不确定关系 微观粒子的位置坐标 x 、 动量分量 px 不能同时具有确定的值。 一个量确定的越准确，另一个量的不确定程度就越大。 分别是 x、 px 的不确定量，其乘积 下面借助电子单缝衍射试验加以说明。 px 电子束 x 电子经过狭缝，其坐标 x 的不确定量为 △x ； 大部分 电子落在中央明纹 △x px 0 电子经过狭缝，其坐标 x 的不确定量为 △x ； 电子束 △x x 减小缝宽 △x, x 确定的越准确 px的不确定度, 即△px越大 动量分量 px的不确定量为 原子的线度约为 10-10 m ，求原子中电子速度的不确定量。 电子速度的不确定量为 氢原子中电子速率约为 106 m/s。速率不确定量与速率本身的数量级基本相同，因此原子中电子的位置和速度不能同时完全确定，也没有确定的轨道。 原子中电子的位置不确定量 10-10 m，由不确定关系 例 解 说明 2. 能量 — 时间的不确定关系 反映了原子能级宽度△E 和原子在该能级的平均寿命 △t 之间的关系。 基态 辐射光谱线固有宽度 激发态 E 基态 平均寿命△t 光辐射 能级宽度 平均寿命 △ t ~ 10-8 s 平均寿命 △ t ? ∞ 能级宽度 △E ? 0 原子发生碰撞，其寿命缩短，能级宽度增大，导致谱线宽度增加。 * 在牛顿力学中，用动量、坐标来确定粒子的状态，能测量某一时刻粒子的动量、坐标 …… * 在牛顿力学中，用动量、坐标来确定粒子的状态，能测量某一时刻粒子的动量、坐标 ……