高二物理競賽物質(zhì)波 課件

第18章物質(zhì)波2.戴維孫--革末實驗,湯姆遜實驗

3.不確定性關(guān)系1.德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)：

一切實物粒子都具有波粒二象性主要內(nèi)容1929諾貝爾物理學(xué)獎法國物理學(xué)家德布羅意(L.deBroglie,1892-1987)光的波動性：光的干涉、衍射、偏振等；用頻率和波長來描述。光的粒子性:

黑體輻射、光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)等,用能量E和動量P來表征。1924年，德布羅意推想，自然界在許多方面是對稱的，光既然具有波粒二象性，實物粒子也應(yīng)該具有波粒二象性。第18章物質(zhì)波18.1.1

德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)

在光的波粒二象性啟發(fā)下，青年物理學(xué)家德布羅意于1924年提出了物質(zhì)波的假設(shè)：“任何運動的粒子皆伴隨著一個波，粒子的運動和波的傳播不能相互分離?！?/p>

預(yù)言：運動的實物粒子的能量、動量、與它相關(guān)聯(lián)的波的頻率和波長之間滿足如下關(guān)系：

獨創(chuàng)性18.1德布羅意假設(shè)德布羅意關(guān)系式稱為德布羅意波長實物粒子與光理論的統(tǒng)一

靜止質(zhì)量為的粒子，對應(yīng)的德布羅意波長：非相對論粒子相對論粒子可與比較:速率18.1.1德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)動量動能電子經(jīng)加速電壓U加速后，其速度由下式?jīng)Q定：代入德布羅意公式得到電子的德布羅意波波長為：將等代入得到：例18-1計算某一靜止電子經(jīng)過電壓后，其物質(zhì)波的波長.解：18.1.1德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)GφφK狹縫電流計鎳集電器U電子射線單晶

（1927年）戴維孫（C.J.Davisson和革末（L.H.Germer）用加速后的電子投射到晶體上進行電子衍射實驗。18.1.2戴維孫--革末實驗5102015250IU12根據(jù)衍射理論，衍射最大值：電子的波長：所以衍射電子束強度達最大值時所滿足的方程：18.1.2戴維孫--革末實驗U=54V

晶格常數(shù)利用布拉格公式:波長為:根據(jù)德布羅意假說,由加速電勢差算得的波長為:(驗證德布羅意假說)d=9.1*10-11m戴維孫—革末實驗中:18.1.2戴維孫--革末實驗18.1.3G.P.湯姆孫電子衍射實驗電子束透過多晶鋁箔的衍射K計算動能分別為:1.0keV,1.0MeV,1.0GeV的電子的德布羅意波長（結(jié)合狹義相對論的能量公式）18.3不確定性關(guān)系

1927年海森伯（W.Heisenberg）分析了幾個理想實驗后提出了測不準關(guān)系。衍射圖樣電子束x縫屏幕一級最小衍射角

電子經(jīng)過縫時的位置不確定

電子經(jīng)過縫后x方向動量不確定

用電子衍射說明不確定關(guān)系電子的單縫衍射實驗18.3不確定性關(guān)系考慮到在兩個一級極小值之外還有電子出現(xiàn)，所以有：海森伯測不準關(guān)系式：能量和時間之間的關(guān)系：18.3不確定性關(guān)系

1）微觀粒子同一方向上的坐標與動量不可同時準確測量,它們的精度存在一個終極的不可逾越的限制.

2）不確定的根源是“波粒二象性”這是自然界的根本屬性.物理意義

3）對宏觀粒子，因很小，所以可視為位置和動量能同時準確測量.18.3不確定性關(guān)系關(guān)于測不準關(guān)系式的討論

1)測不準關(guān)系式說明用經(jīng)典物理學(xué)量——動量、坐標來描寫微觀粒子行為時將會受到一定的限制,因為微觀粒子不可能同時具有確定的動量及位置坐標。

3)對于微觀粒子的能量E及它在能態(tài)上停留的平均時間Δt之間也有下面的測不準關(guān)系：

2)測不準關(guān)系式可以用來判別對于實物粒子其行為究竟應(yīng)該用經(jīng)典力學(xué)來描寫還是用量子力學(xué)來描寫。

18.3不確定性關(guān)系原子處于激發(fā)態(tài)的平均壽命一般為這說明原