15-6 德布罗意波实物粒子的二象性不确定关系.ppt

2. 能量 — 时间不确定关系 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 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 小 结 德布罗意波 实物粒子的二象性 德布罗意假设 德布罗意波的实验验证 应用举例 德布罗意波的统计解释 不确定关系 引入 电子单缝衍射 不确定关系的数学表示与物理意义 不确定关系的应用 作业： 大学物理习题集,练习 大学物理学电子教案 长江大学教学课件 量子物理（3） 15-6微观粒子的二象性 不确定关系 复 习 康普顿效应 氢原子的玻尔理论 氢原子光谱的规律性 卢瑟福的原子有核模型 氢原子的玻尔理论 弗兰克-赫兹实验 实验装置 实验结果 解释 15－6 德布罗意波 实物粒子的二象性 德布罗意 (Louis Victor due de Broglie, 1892-1960) 德布罗意原来学习历史，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。 1923年，德布罗意试图把粒子性和波动性统一起来。1924年，在博士论文《关于量子理论的研究》中提出德布罗意波,同时提出用电子在晶体上作衍射实验的想法。 爱因斯坦觉察到德布罗意物质波思想的重大意义，誉之为“揭开一幅大幕的一角”。 法国物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，量子力学的奠基人之一。 一、德布罗意假设 一个质量为m的实物粒子以速率v 运动时，即具有以能量E和动量P所描述的粒子性，也具有以频率n和波长l所描述的波动性。 这种波称为德布罗意波，也叫物质波。 德布罗意公式 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 . 注 意 1）若 则 若 则 例 在一束电子中，电子的动能为 ，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. 如速度v=5.0?102m/s飞行的子弹，质量为m=10-2Kg，对应的德布罗意波长为： 如电子m=9.1?10-31Kg，速度v=5.0?107m/s, 对应的德布罗意波长为： 太小测不到！ X射线波段 电子驻波 推导：从德布罗意波导出氢原子波尔理论中的角动量量子化条件。 德布罗意把原子定态与驻波联系起来，即把能量量子化与有限空间驻波的波长和频率联系起来。如电子绕原子一周，驻 波应衔接，所以圆周长应等于波长的整数倍。 再根据德布罗意关系 得出角动量量子化条件 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 二、德布罗意波的实验验证 1、戴维逊-革末实验 戴维逊和革末的实验是用电子束垂直投射到镍单晶，电子束被散射。其强度分布可用德布罗意关系和衍射理论给以解释，从而验证了物质波的存在。1937年他们与G. P.汤姆孙一起获得Nobel物理学奖。 实验现象： 实验发现，单调地增加加速电压，电子探测器的电流并不是单调地增加的，而是出现明显的选择性。例如，只有在加速电压U=54V,且θ=500时，探测器中的电流才有极大值。 35 54 75 当散射角 时 电流与加速电压曲线 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 镍晶体 电子波的波长 两相邻晶面电子束反射射线干涉加强条件 实验解释： 当 时， 与实验结果相近. 实验结果： 理论值(θ=500)与实验结果(θ=510)相差很小，表明电子电子确实具有波动性，德布罗意关于实物具有波动性的假设是正确的。 2、汤姆逊实验 1927年，汤姆逊在实验中，让电子束通过薄金属笛后射到照相底线上，结果发现，与X射线通过金箔时一样，也产生了清晰的电子衍射图样。 3、电子通过狭缝的衍射实验： 1961年，约恩孙 (Jonsson)制成长为50mm，宽为0.3mm ，缝间距为1.0mm的多缝。用50V的