高二物理競賽物質波 課件

第18章物質波2.戴維孫--革末實驗,湯姆遜實驗

3.不確定性關系1.德布羅意的物質波假設：

一切實物粒子都具有波粒二象性主要內容1929諾貝爾物理學獎法國物理學家德布羅意(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、光電效應和康普頓效應等,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，實物粒子也應該具有波粒二象性。第18章物質波18.1.1

德布羅意的物質波假設

在光的波粒二象性啟發(fā)下，青年物理學家德布羅意于1924年提出了物質波的假設：“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>

預言：運動的實物粒子的能量、動量、與它相關聯的波的頻率和波長之間滿足如下關系：

獨創(chuàng)性18.1德布羅意假設德布羅意關系式稱為德布羅意波長實物粒子與光理論的統一

靜止質量為的粒子，對應的德布羅意波長：非相對論粒子相對論粒子可與比較:速率18.1.1德布羅意的物質波假設動量動能電子經加速電壓U加速后，其速度由下式決定：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過電壓后，其物質波的波長.解：18.1.1德布羅意的物質波假設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

晶格常數利用布拉格公式:波長為:根據德布羅意假說,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（結合狹義相對論的能量公式）18.3不確定性關系

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

電子經過縫時的位置不確定

電子經過縫后x方向動量不確定

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

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不確定性關系關于測不準關系式的討論

1)測不準關系式說明用經典物理學量——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系：

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

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