高二物理競(jìng)賽物質(zhì)波 課件

第18章物質(zhì)波2.戴維孫--革末實(shí)驗(yàn),湯姆遜實(shí)驗(yàn)

3.不確定性關(guān)系1.德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)：

一切實(shí)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(jiǎng)法國(guó)物理學(xué)家德布羅意(L.deBroglie,1892-1987)光的波動(dòng)性：光的干涉、衍射、偏振等；用頻率和波長(zhǎng)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(dòng)量P來表征。1924年，德布羅意推想，自然界在許多方面是對(duì)稱的，光既然具有波粒二象性，實(shí)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(yùn)動(dòng)的粒子皆伴隨著一個(gè)波，粒子的運(yùn)動(dòng)和波的傳播不能相互分離?！?/p>

預(yù)言：運(yùn)動(dòng)的實(shí)物粒子的能量、動(dòng)量、與它相關(guān)聯(lián)的波的頻率和波長(zhǎng)之間滿足如下關(guān)系：

獨(dú)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(zhǎng)實(shí)物粒子與光理論的統(tǒng)一

靜止質(zhì)量為的粒子，對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)：非相對(duì)論粒子相對(duì)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(dòng)量動(dòng)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(zhǎng)為：將等代入得到：例18-1計(jì)算某一靜止電子經(jīng)過電壓后，其物質(zhì)波的波長(zhǎng).解：18.1.1德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)GφφK狹縫電流計(jì)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(jìn)行電子衍射實(shí)驗(yàn)。18.1.2戴維孫--革末實(shí)驗(yàn)5102015250IU12根據(jù)衍射理論，衍射最大值：電子的波長(zhǎng)：所以衍射電子束強(qiáng)度達(dá)最大值時(shí)所滿足的方程：18.1.2戴維孫--革末實(shí)驗(yàn)U=54V

晶格常數(shù)利用布拉格公式:波長(zhǎng)為:根據(jù)德布羅意假說,由加速電勢(shì)差算得的波長(zhǎng)為:(驗(yàn)證德布羅意假說)d=9.1*10-11m戴維孫—革末實(shí)驗(yàn)中:18.1.2戴維孫--革末實(shí)驗(yàn)18.1.3G.P.湯姆孫電子衍射實(shí)驗(yàn)電子束透過多晶鋁箔的衍射K計(jì)算動(dòng)能分別為:1.0keV,1.0MeV,1.0GeV的電子的德布羅意波長(zhǎng)（結(jié)合狹義相對(duì)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(gè)理想實(shí)驗(yàn)后提出了測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系。衍射圖樣電子束x縫屏幕一級(jí)最小衍射角

電子經(jīng)過縫時(shí)的位置不確定

電子經(jīng)過縫后x方向動(dòng)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(shí)驗(yàn)18.3不確定性關(guān)系考慮到在兩個(gè)一級(jí)極小值之外還有電子出現(xiàn)，所以有：海森伯測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系式：能量和時(shí)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(biāo)與動(dòng)量不可同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量,它們的精度存在一個(gè)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(duì)宏觀粒子，因很小，所以可視為位置和動(dòng)量能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量.18.3不確定性關(guān)系關(guān)于測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系式的討論

1)測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系式說明用經(jīng)典物理學(xué)量——?jiǎng)恿?、坐?biāo)來描寫微觀粒子行為時(shí)將會(huì)受到一定的限制,因?yàn)槲⒂^粒子不可能同時(shí)具有確定的動(dòng)量及位置坐標(biāo)。

3)對(duì)于微觀粒子的能量E及它在能態(tài)上停留的平均時(shí)間Δt之間也有下面的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系：

2)測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系式可以用來判別對(duì)于實(shí)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