大學(xué)物理學(xué)-物質(zhì)波

大學(xué)物理學(xué)1*L.V.deBroglie(法，1892-1986)那么實(shí)物運(yùn)動(dòng)粒子也應(yīng)具有波動(dòng)性從自然界的對(duì)稱性出發(fā):既然光(波)具有粒子性1924.11.29德布羅意把題為“量子理論的研究”的博士論文提交巴黎大學(xué)1929年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)18-2物質(zhì)波18－2－1德布羅意波假設(shè)1923年他在題為《波和量子》的論文中大膽假設(shè)：實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性。2*物質(zhì)波/德布羅意波:與粒子相聯(lián)系的波一個(gè)能量為E,動(dòng)量為p的實(shí)物粒子同時(shí)具有波動(dòng)性

─德布羅意波長(zhǎng)他在論文中指出:愛因斯坦-德布羅意關(guān)系式:3*

物質(zhì)波的概念可以成功地解釋粒子領(lǐng)域中令人困惑的軌道量子化條件。r軌道角動(dòng)量-量子化條件！朗之萬(wàn)把德布羅意的文章寄給愛因斯坦，

愛因斯坦稱贊說：“揭開了自然界巨大帷幕的一角”“瞧瞧吧，看來瘋狂，可真是站得住腳呢”穩(wěn)定軌道-駐波德布羅意論文獲得了評(píng)委會(huì)的高度評(píng)價(jià)。4*若:U=100V

時(shí)，=1.225?經(jīng)愛因斯坦的推薦，物質(zhì)波理論受到了關(guān)注。

答辯會(huì)上，佩林問：

“這種波怎樣用實(shí)驗(yàn)來證實(shí)呢？”德布羅意答道：

“用電子在晶體上的衍射實(shí)驗(yàn)可以做到?！惫浪汶娮拥牟ㄩL(zhǎng)：設(shè):加速電壓為U（單位為伏特）－波長(zhǎng)與X射線波段相近（電子v<<c）應(yīng)該能用晶體衍射實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證?5*GMA

電子束強(qiáng)度分布可用德布羅意關(guān)系和衍射理論給以解釋，從而驗(yàn)證了物質(zhì)波的存在。(1)戴維孫-革末實(shí)驗(yàn)被加速后的電子束入射鎳單晶反射時(shí)產(chǎn)生衍射.二德布羅意波的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證-1927年電子槍探測(cè)器6*

湯姆遜實(shí)驗(yàn)證明了電子在穿過金屬片后也象X射線一樣產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。電子的衍射實(shí)驗(yàn)證明了德布羅意關(guān)系的正確性。金箔電子束戴維遜、湯姆遜共獲1937年諾貝爾物理獎(jiǎng)(2)湯姆遜實(shí)驗(yàn)-1927年7*電子的單縫、雙縫、三縫和四縫衍射實(shí)驗(yàn)

約恩遜(Jonsson)直接做了電子雙縫實(shí)驗(yàn)，在銅膜上刻出相距d=1m，寬b=0.3m的狹縫。(3)約恩遜(Jonsson)實(shí)驗(yàn)(1961)70000個(gè)電子8*(4)電子一個(gè)一個(gè)發(fā)射，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果衍射花紋不變；——(1)單個(gè)電子入射，出現(xiàn)在屏上是一個(gè)點(diǎn)；(2)每個(gè)電子在屏上的落點(diǎn)是隨機(jī)分布的，大量的電子通過后積累出現(xiàn)衍射花紋；(3)外界條件一定，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果衍射花紋不變；——電子是一個(gè)完整的顆粒，不可分割.——在測(cè)量前具有不確定性，但是有統(tǒng)計(jì)規(guī)律性——電子在空間的統(tǒng)計(jì)分布是一定的.“波動(dòng)性”不是電子間相互作用的結(jié)果.(5)雙縫齊開與先后開一縫，所得衍射條紋不一樣；——經(jīng)典粒子：概率P=P1+P2量子客體：概率P≠P1+P29*統(tǒng)一?質(zhì)子、中子、原子、分子…是實(shí)物粒子也有波動(dòng)性(1)粒子性“整體性”不可分

不是經(jīng)典的粒子,拋棄了“軌道”概念(2)波動(dòng)性

“彌散性”“干涉”“衍射”

不是經(jīng)典的波,不代表實(shí)在的物理量的波動(dòng)微觀粒子在某些條件下表現(xiàn)出粒子性，在另一些條件下表現(xiàn)出波動(dòng)性，而兩種性質(zhì)雖寓于同一體中，卻不能同時(shí)表現(xiàn)出來。統(tǒng)一于概率波理論10*電子雙縫衍射實(shí)驗(yàn)：7個(gè)電子100個(gè)電子30002000070000電子數(shù)NIE02波強(qiáng)度I大，電子出現(xiàn)概率大；波強(qiáng)度I小，電子出現(xiàn)概率小。

三德布羅意波的本質(zhì)實(shí)物粒子在某處出現(xiàn)的概率和該處波振幅的平方成正比德布羅意波的本質(zhì):對(duì)大量粒子而言11*例：一質(zhì)量m=0.05kg子彈，以速率v=300ms-1運(yùn)動(dòng)，求與其對(duì)應(yīng)的德布羅意波長(zhǎng)。解：宏觀物體的波長(zhǎng)小得實(shí)驗(yàn)難以測(cè)量．“宏觀物體只表現(xiàn)出粒子性”波動(dòng)光學(xué)幾何光學(xué)量子物理經(jīng)典物理12*18-2-2海森伯不確定關(guān)系

經(jīng)典力學(xué)中，可用“軌道”來描寫粒子的運(yùn)動(dòng)，“軌道”的概念在多大程度上適用于微觀世界？

海森伯(W.Heisenberg，德國(guó)人)于1927年，根據(jù)對(duì)一些理想實(shí)驗(yàn)的分析和德布羅意關(guān)系，得出“不確定性關(guān)系”（也稱“測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系”）。玻爾（左）和海森伯（中）泡利（右）在一起13*認(rèn)為電子集中在該區(qū)域θ1PPx電子束θ1ax

一束動(dòng)量為p的電子通過寬度為a的狹縫時(shí)，其x方向位置范圍——x坐標(biāo)的不確定范圍。

x方向動(dòng)量不確定范圍衍射關(guān)系電子單縫衍射的啟示動(dòng)量的x分量滿足14*把其余明紋考慮在內(nèi)，有：（同時(shí)測(cè)量）該關(guān)系使微觀粒子運(yùn)動(dòng)“軌道”概念失去了意義。一.坐標(biāo)和動(dòng)量的不確定性關(guān)系：（量子力學(xué)）

不確定性關(guān)系由微觀粒子固有屬性決定，與儀器的精度和測(cè)量方法的缺陷無關(guān)。存在不確定關(guān)系的一對(duì)物理量互稱共軛物理量。（嚴(yán)格結(jié)果）15*二.能量與時(shí)間的不確定性關(guān)系這是能量與時(shí)間的不確定關(guān)系。例題：設(shè)子彈的質(zhì)量為0.01kg，槍口的直徑為0.5cm,試用不確定關(guān)系計(jì)算子彈射出槍口時(shí)的橫向速度？解：槍口直徑可以當(dāng)作子彈射出槍口時(shí)的位置不確定量Δx，由坐標(biāo)和動(dòng)量的不確定關(guān)系：取等號(hào)計(jì)算：能級(jí)自然寬度和壽命16*這就是子彈的橫向速度，和子彈飛行速度每秒幾百米相比，這個(gè)速度引起運(yùn)動(dòng)方向的偏轉(zhuǎn)是微不足道的，不影響任何實(shí)際過程。例題：原子的線度為10-10m，求原子中電子速度的不