波粒及德布羅意假設(shè)

第三章量子力學(xué)導(dǎo)論

思維世界的發(fā)展,從某種意義上說(shuō),就是對(duì)“驚奇”的不斷擺脫。—愛因斯坦

§1玻爾理論的困難玻爾理論在氫原子和類氫離子問(wèn)題上獲得了很大的成功，說(shuō)明該理論能準(zhǔn)確表達(dá)部分客觀規(guī)律。局限性：（1）不能解釋復(fù)雜原子的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。（2）理論體系不自洽，缺乏邏輯統(tǒng)一性。§2波粒二象性一、經(jīng)典物理學(xué)中的粒子和波二、光的波粒二象性三、物質(zhì)的波粒二象性一、經(jīng)典物理學(xué)中的粒子和波

在經(jīng)典物理學(xué)中波和粒子是完全不同的兩個(gè)概念。是波就不能是粒子，是粒子就不能是波。無(wú)法用波和粒子描述同一事物。是自然界中僅有的兩種能量傳遞的方式。1、粒子的特性：(1)定域性，占據(jù)一定的空間。(2)分離性，粒子和粒子之間是分離的。（3）有確定的質(zhì)量和動(dòng)量，粒子的運(yùn)動(dòng)有確定的軌道。（1）廣延性—在空間無(wú)限擴(kuò)展。（2）周期性,迭加性，（3）能產(chǎn)生干涉、衍射、偏振等現(xiàn)象。2、波的特性：二、光的波粒二象性光是一種電磁波,干涉、衍射、偏振等實(shí)驗(yàn)和麥克斯韋理論完全證明。光在傳播時(shí)顯示波動(dòng)性。光是粒子性和波動(dòng)性的矛盾統(tǒng)一體，兩種性質(zhì)不能同時(shí)出現(xiàn)?；蚬獾牟▌?dòng)性:光的粒子性：光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)等證明光的粒子性。

光在與物質(zhì)作用，轉(zhuǎn)移能量時(shí)顯示粒子性。數(shù)學(xué)表示三、物質(zhì)的二象性

“整個(gè)世紀(jì)以來(lái)，在光學(xué)上比起波動(dòng)的研究方法，是過(guò)于忽略了粒子的研究方法，在實(shí)物理論上，是否發(fā)生了相反的錯(cuò)誤呢？是不是我們把粒子的圖象想的太多，而過(guò)分忽略了波的圖象？”“所有的物質(zhì)粒子都具有波粒二象性，任何物質(zhì)粒子都伴隨著波，而且不可能將物體的運(yùn)動(dòng)和波的傳播分開。1、德布羅意假說(shuō)

(L.DeBroglie)德布羅意實(shí)物粒子：靜止質(zhì)量不為零或組成實(shí)物的粒子。能量為E，動(dòng)量為P的粒子，伴隨的波的波長(zhǎng)和頻率為：說(shuō)明：（1）與實(shí)物粒子相聯(lián)系的波，稱為德布羅意波。2、德布羅意關(guān)系式：德布羅意假設(shè)內(nèi)容：一切實(shí)物粒子都具有波粒二象性。（3）當(dāng)電子的動(dòng)能為Ek（單位為ev）時(shí)，在非相對(duì)論情況下，電子的德布羅意波長(zhǎng)為：例題：求動(dòng)能為100eV的電子的德布羅意波長(zhǎng)。（2）關(guān)系式適用于一切物體，但只是在微觀粒子中才顯示出來(lái)。355475

當(dāng)散射角時(shí)電流與加速電壓曲線檢測(cè)器電子束散射線電子被鎳晶體衍射實(shí)驗(yàn)MK電子槍3、電子波動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證(戴維孫—革末電子衍射實(shí)驗(yàn)）目的證明電子具有波動(dòng)性和德布羅意假設(shè)正確

電子的德布羅意波長(zhǎng)：極大值出現(xiàn)在的方向，與實(shí)驗(yàn)符合的很好。鎳晶體實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析兩相鄰晶面電子束反射射線干涉加強(qiáng)條件G.P.湯姆孫電子衍射實(shí)驗(yàn)(1927年)電子束透過(guò)多晶鋁箔的衍射K雙縫衍射圖戴—革的電子衍射實(shí)驗(yàn)有利地證明了電子的波動(dòng)性，也證明了德布羅意公式的正確性。三十年代以后，實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了中子、質(zhì)子，中性原子的衍射現(xiàn)象，證明了一切微觀粒子都具有波動(dòng)性。它們本身又是粒子，因而具有波粒二象性。且波長(zhǎng)都由=h/p確定，進(jìn)一步證實(shí)了德布羅意假設(shè)的真實(shí)性。電子顯微鏡（electronmicroscope），簡(jiǎn)稱電鏡或電顯，是使用電子來(lái)展示物件的內(nèi)部或表面的顯微鏡。高速的電子的波長(zhǎng)比可見光的波長(zhǎng)短（波粒二象性），而顯微鏡的分辨率受其使用的波長(zhǎng)的限制，因此電子顯微鏡的分辨率（約0.1納米）遠(yuǎn)高于光學(xué)顯微鏡的分辨率（約200納米）。電子波動(dòng)性的實(shí)際應(yīng)用-