《实物粒子的波粒二象性ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实物粒子的波粒二象性ppt（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实物粒子的波粒二象性,一、光的波粒二象性,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, 但到了廿世纪初，人们为解释光电效应、康普顿效应，又不得不将光当作微粒来处理。尤其爱因斯坦提出了光子的概念，建立了 的关系后，更使人认识到光是具有波粒二象性的东西。,引言:半经典半量子的玻尔理论存在局限,看来是建立新理论的候了,但新理论是什么呢?,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。,光子,波动,光的波粒二象性引起了法国Lous De Broglie的思考,-世界真奇妙,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
2、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略了它们的波的图象呢！1922年他的这种思想进一步升华，经再三思考，1924年，De Broglie在他的博士论文“量子论研究”中，大胆地提出了如下假设：,不仅辐射具有二象性，而且一切实物粒子 也具有二象性。,二、德布罗意假设 、德布罗意波,1、德布罗意假设,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
3、是荒谬和不可思议，看来 提出这种想法没有一定的气魄是不行的。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”。,但什么是德布罗意波呢？-不到火候不揭锅！,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“德布罗波”。,1、光子的波粒二象性,2、德布罗意波,粒子性,波动性,（具有能量）,（具有频率）,（具有动量）,光子的波动性二者通过 h来联系,推广：,实物粒子也具有波粒二象性,2、实物粒子的波粒二象性,质量为m的粒子，以速度v运动时，不但具有粒子的性质，也具有波动的性质；,粒子性,
4、波动性,二者通过h来联系,a、在 时，考虑相对论,b、在 时,3、电子的德布罗意波长,注意：对实物粒子，v是指粒子的速度（群速）故不存在v=的关系。,加速电势差为 U，则,书中公式：,可获得电子在不同电压下的波长,的单位为eV,与x射线的波长相当,三 、德布罗意的实验验证,1）戴维逊-革末实验与汤姆逊实验,1923年Clnton Davisson发表了慢电子从铂片反射的角分布 实验情况，他发现弹性反射电子束强度在某些角度出现了 极大值。玻恩（Born）认为是一种干涉现象，可能与德布 罗意波有关，这引起了戴维逊和革末（Lester Germer）继 续对慢电子在镍单晶表面散射进行研究。,实验装置
5、：,M,a=0.215nm,d=0.0908nm,电流出现了周期性变化,实验结果：,实验解释：,将电子看成波，其波长为德布罗意波长：,既然是波，电流出现最大值时正好满足布喇格 公式：,即：,实验装置：,显然将电 子看成微 粒无法解 释。,M,1927 年汤姆逊（GPThomson）以600伏慢电子 （=0.5）射向铝箔，也得到了像X射线衍射一 样的衍射，再次发现了电子的波动性。,1937年戴维逊与GP汤姆逊共获当年诺贝尔奖,（GPThomson为电子发现人JJThmson的儿子）,尔后又发现了质子、中子的衍射,2）电子双缝实验,1961年琼森（Claus Jnsson）将一束电子加速 到50K
6、ev，让其通过一缝宽为a=0.510-6m，间 隔为d=2.010-6m的双缝,当电子撞击荧光屏时, 发现了类似于双缝衍射的实验结果.,大量电子一次性的行为,电子双缝实验-一个电子多次重复性行为,3)量子围栏(Quantum Corral)中的驻波,1993年克罗米(MFCorrie)等人用扫描电子显微 镜技术,把铜(111)表面上的铁原子排列成半径为 7.13nm的圆环性量子围栏,并观测量到了围栏内 的同心圆柱状驻波,直接证实了物质波的存在.,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,注意:物质波被广泛用作探索手段.例核反应产生 的中子(=0.1nm)可作为晶体探测器.
7、,中子衍射显示的苯结构,超高真空低能电子衍射扫描隧道显微镜,扫描隧道显微镜中的原子形象,四、不确定关系（测不准关系）,1927年，德国物理学家海森堡提出：,引言：在进一步描述De Brglie波前，我们来考查 一下经典物理描述问题时受到什么限制。,在介绍玻尔理论时，就曾指出它是一个半经典半量子产物，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，这种概念正确吗？,1）,1、测不准关系（不确定关系）,：坐标的测量误差,：动量（速度）的测量误差,坐标和动量不能同时精确测量,由微观粒子的波粒二象性引起,2）由电子衍射实验推证测不准
8、关系,电子具有波粒二象性，也可产生类似波的单 缝衍射的图样，若电子波长为，则让电子进行 单缝衍射则应满足：,a、位置的不确定程度,用单缝来确定电子在穿过单缝 时的位置,电子在单 缝的何处 通过是不 确定的! 只知是在 宽为a的 的缝中通 过.,我们来研究电子在单缝隙位置的位置和动量的不 确定程度,b、单缝处电子的动量的不确定程度,先强调一点：电子衍射是电子自身的波粒二象性的结果，不能归于外部的原因，即不是外界作用的结果。,电子大部分都到达中央明纹处，作为分析：,要估算单缝处电子在X轴上的分量的不确定量，可 先抓住到达中央明纹处的电子在单缝处的不确定量 来研究。即正负一级暗纹间的电子来研究。这部
9、分 电子在单缝处的动量在X轴上的分量值为：,为一级暗纹的衍射角,由单缝一级暗纹条件：,由德布罗意关系式：,考虑到还存在方向的电子，这些方向电子的动量不确定量还要大,动量位置不确定量关系式,量子力学给出了更准确的表达,3）海森伯不确定关系式,设有一个速度为v，质量为m的粒子，其能量,考虑到E的增量：,能量与时间不确定关系式,即：,2、能量与时间不确定关系,注意：,1）式中E应理解为状态能量的 不确定量，t表示明显变化所经 历的时间（如激发态寿命）,2）h具有焦尔秒的量纲，而xp、Et均具有 焦尔秒的量纲，,xp、Et均称为共轭物理量。,4、不确定关系的进一步讨论,1）不确定关系意味着两个互相制约、互成反比的共轭物理量的不确定量不能同时无限制地减小。,2）不确定关系是微观粒子波粒二象性所决定的，不能理解为仪器的精度达不到。,例1、求波长都等于0.2nm的光子与电子的总能量和动量,解：,例3、求质量为00.1毫克，运动速率为1厘米每秒的粒子的波长,例2 求 的电子的速率及相应的波长；,解：,解：,以eV为单位,
